JP6943873B2 - Ｉｃ用電源及びそれを備えた各種ｉｃ製品、ｉｃへの電力供給方法、並びにｉｃの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣ（集積回路）用電源及びそれを備えた各種ＩＣ製品（特にＩＣパッケージ、ＩＣ基板及びＩＣデバイス）、ＩＣへの電力供給方法、並びにＩＣの駆動方法に関する。

近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等のポータブル機器の開発に伴い、その電源としての電池の需要が大幅に拡大している。このような用途に用いられる電池においては、イオンを移動させる媒体として、希釈溶媒に可燃性の有機溶媒を用いた有機溶媒等の液体の電解質（電解液）が従来使用されている。このような電解液を用いた電池においては、電解液の漏液や、発火、爆発等の問題を生ずる可能性がある。かかる問題を解消すべく、本質的な安全性確保のために、液体の電解質に代えて固体電解質を使用するとともに、その他の要素の全てを固体で構成した全固体リチウム二次電池の開発が進められている。全固体リチウム二次電池は、電解質が固体であることから、発火の心配が少なく、漏液せず、また、腐食による電池性能の劣化等の問題も生じ難い。

例えば、特許文献１（特開２０１３−１０５７０８号公報）には、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）からなる正極層と、金属リチウムからなる負極層と、リン酸リチウムオキシナイトライドガラス電解質（ＬｉＰＯＮ）で形成されうる固体電解質層とを備えた全固体リチウム二次電池が開示されており、正極層がスパッタリングにより形成され、その厚さは１〜１５μｍの範囲であることが記載されている。また、正極をより厚くして容量の向上を試みた全固体リチウム二次電池も提案されている。例えば、特許文献２（特表２００９−５１６３５９号公報）には、厚さが約４μｍより大きく約２００μｍ未満の正極と、厚さ約１０μｍ未満の固体電解質と、厚さ約３０μｍ未満の負極とを有する全固体リチウム二次電池が開示されている。これらの文献には正極活物質を配向させたとの記載は見受けられない。

また、特許文献３（国際公開第２０１６／１５２５６５号）には、配向正極板を用いた全固体リチウム二次電池が開示されている。この配向正極板は一定の方向に配向された複数のリチウム遷移金属酸化物粒子からなる配向多結晶体で構成されるものであるため、正極活物質を厚く設けても、正極層の厚さ全体にわたった高効率なリチウムイオンの脱挿入がしやすく、厚い正極活物質によってもたらされる容量向上効果を最大限に引き出すことができる。例えば、厚い正極層の固体電解質から離れた側に存在するリチウムも十分に充放電に活用することができる。かかる容量の向上によって、全固体リチウム二次電池のエネルギー密度をも大いに向上することができる。すなわち、かかる全固体リチウム二次電池によれば、容量及びエネルギー密度の高い電池性能が得られる。したがって、比較的薄型ないし小型でありながらも、高い容量と高いエネルギー密度を有する安全性が高い全固体リチウム二次電池を実現することができる。特に、配向正極板はセラミックス焼結体で構成できるため、スパッタリング等の気相法により形成される膜と比べて厚く形成しやすいとともに、原料粉末の秤量を厳密に行うことで組成を正確に制御しやすいとの利点もある。すなわち、配向正極板を用いた全固体リチウム二次電池は、正極を厚くして電池の容量及びエネルギー密度を高くすることができるとの利点がある。

ところで、特許文献４（国際公開第２０１５／１７０５４５号）には、全固体リチウム二次電池を用いた揮発性メモリ用バックアップシステムが開示されており、特に、全固体リチウム二次電池とバイパスコンデンサを組み合わせたハイブリッド型バックアップ電源を用いたバックアップシステムが開示されている。この文献には、全固体電池は、約９５℃もの高温に曝されても安全かつ確実に機能できる（すなわち耐熱性を有する）とともに、薄型化又は小型化にも適しており、その結果、ＤＲＡＭ等のメモリを実装した基板上又はその近傍に配置できるとされている。

特開２０１３−１０５７０８号公報 特表２００９−５１６３５９号公報 国際公開第２０１６／１５２５６５号 国際公開第２０１５／１７０５４５号

本発明者は、今般、耐熱性に優れるのみならず薄型化又は小型化にも適するという全固体リチウム二次電池の利点を最大限に活かすべく、ＩＣ（集積回路）とより密接に関わった形態の新たな用途を知見した。すなわち、全固体リチウム二次電池がＩＣ用のバイパスコンデンサとして、及び／又は各種ＩＣ製品（特にＩＣパッケージ、ＩＣ基板及びＩＣデバイス）に内蔵又は搭載可能なマイクロ電源として利用可能であり、それにより様々な有用なＩＣ関連用途を提供できるとの知見を得た。

したがって、本発明の目的は、全固体リチウム二次電池を用いて様々な有用なＩＣ関連用途を提供することにある。

すなわち、本発明によれば以下の態様が提供される。
［項１］
ＩＣ（集積回路）用電源であって、
前記電源が、正極層、固体電解質層及び負極層を備えた全固体リチウム二次電池を備え、
前記全固体リチウム二次電池自体がバイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能な、電源。
［項２］
前記固体電解質層、前記固体電解質層と前記負極層との界面、及び前記固体電解質層と前記正極層との界面が、全体として、前記全固体リチウム二次電池をバイパスコンデンサとして機能させるに足る静電容量を有し、該静電容量が前記電源を含む等価回路における寄生容量に由来する、項１に記載の電源。
［項３］
前記固体電解質層を構成する材料の比誘電率ε_ｒが１０〜２０００である、項１又は２に記載の電源。
［項４］
前記固体電解質層は、厚さが０．１〜２０μｍであり、縦及び横の寸法が１〜５０ｍｍである、項１〜３のいずれか一項に記載の電源。
［項５］
前記全固体リチウム二次電池は、厚さが１０〜５０００μｍであり、縦及び横の寸法が１〜５０ｍｍである、項１〜４のいずれか一項に記載の電源。
［項６］
前記全固体リチウム二次電池が、１０〜７００Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有する、項１〜５のいずれか一項に記載の電源。
［項７］
前記正極層が層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物を含み、前記固体電解質層がリチウムイオン伝導材料を含み、前記負極層がリチウムを含む、項１〜５のいずれか一項に記載の電源。
［項８］
ＩＣチップと、
前記ＩＣチップの直上に実装される、項１〜７のいずれか一項に記載の電源と、
前記ＩＣチップ及び前記電源を包装する包装部材と、
を備えた、二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項９］
前記二次電池内蔵ＩＣパッケージは前記ＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まない、項８に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項１０］
前記二次電池内蔵ＩＣパッケージはバイパスコンデンサを含まない、項８に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項１１］
プリント配線板と、
前記プリント配線板に実装されるＩＣチップと、
前記プリント配線板の内層として前記ＩＣチップの直下に組み込まれた、項１〜７のいずれか一項に記載の電源と、
前記プリント配線板、前記ＩＣチップ及び前記電源を包装する包装部材と、
を備えた、二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項１２］
前記二次電池内蔵ＩＣパッケージは前記ＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まない、項１１に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項１３］
前記二次電池内蔵ＩＣパッケージはバイパスコンデンサを含まない、項１１に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項１４］
プリント配線板と、
前記プリント配線板上に実装されるＩＣチップと、
前記プリント配線板の前記ＩＣチップと同一面上に実装される、項１〜７のいずれか一項に記載の電源と、
前記プリント配線板、前記ＩＣチップ及び前記電源を包装する包装部材と、
を備えた、二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項１５］
前記二次電池内蔵ＩＣパッケージは前記ＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まない、項１４に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項１６］
前記二次電池内蔵ＩＣパッケージはバイパスコンデンサを含まない、項１４に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項１７］
プリント配線板と、
前記プリント配線板上に実装されるＩＣチップと、
を備え、項１〜７のいずれか一項に記載の電源が前記プリント配線板の内層として前記ＩＣチップの直下に組み込まれている、二次電池内蔵ＩＣ基板。
［項１８］
前記二次電池内蔵ＩＣ基板は前記ＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まない、項１７に記載の二次電池内蔵ＩＣ基板。
［項１９］
前記二次電池内蔵ＩＣ基板はバイパスコンデンサを含まない、項１７に記載の二次電池内蔵ＩＣ基板。
［項２０］
項８〜１６のいずれか一項に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ又は項１７〜１９のいずれか一項に記載の二次電池内蔵ＩＣ基板と、
前記ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して前記全固体リチウム二次電池から前記ピーク電流を前記ＩＣに供給させ、かつ、前記高負荷動作の終了後、前記全固体リチウム二次電池を充電させる、電池制御手段と、
を備えた、二次電池内蔵ＩＣデバイス。
［項２１］
ＩＣへの電力供給方法であって、
項１〜７のいずれか一項に記載の前記電源を用意する工程と、
前記電源をバイパスコンデンサとして利用してＩＣに電力を供給する工程と、
前記ＩＣへの電力の供給後、前記全固体リチウム二次電池を充電する工程と、
を含む、方法。
［項２２］
前記ＩＣへの電力の供給が、前記ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して前記全固体リチウム二次電池から前記ピーク電流を前記ＩＣに供給させるように行われ、前記高負荷動作の終了後、前記全固体リチウム二次電池が充電される、項２１に記載の方法。
［項２３］
プリント配線板と、
前記プリント配線板上に実装される複数個のＩＣチップと、
前記ＩＣチップの直上若しくは直下、又は前記ＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内に実装され、正極層、固体電解質層及び負極層を備えた、複数個の全固体リチウム二次電池と、
を備え、前記ＩＣチップの各々に対して少なくとも１個の前記全固体リチウム二次電池が、前記ＩＣチップに必要な電源電圧レベルに適合した最下流の電源として接続されており、それにより前記複数個のＩＣチップに供給されるべき電力が前記複数個の全固体リチウム二次電池によって個別に分散されて供給される、二次電池搭載ＩＣ基板。
［項２４］
前記ＩＣチップの各々に対応する前記少なくとも１個の前記全固体リチウム二次電池が、対応する前記各ＩＣチップの性能又は仕様に応じて個別にカスタマイズされた仕様を有する、項２３に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項２５］
前記全固体リチウム二次電池自体がバイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能な、項２３又は２４に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項２６］
前記固体電解質層、前記固体電解質層と前記負極層との界面、及び前記固体電解質層と前記正極層との界面が、全体として、前記全固体リチウム二次電池をバイパスコンデンサとして機能させるに足る静電容量を有し、該静電容量が前記電源を含む等価回路における寄生容量に由来する、項２５に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項２７］
前記固体電解質層を構成する材料の比誘電率ε_ｒが１０〜２０００である、項２３〜２６のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項２８］
前記固体電解質層は、厚さが０．１〜２０μｍであり、縦及び横の寸法が１〜５０ｍｍである、項２３〜２７のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項２９］
前記全固体リチウム二次電池は、厚さが１０〜５０００μｍであり、縦及び横の寸法が１〜５０ｍｍである、項２３〜２８のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項３０］
前記全固体リチウム二次電池が、１０〜７００Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有する、項２３〜２９のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項３１］
前記正極層が層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物を含み、前記固体電解質層がリチウムイオン伝導材料を含み、前記負極層がリチウムを含む、項２３〜３０のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項３２］
前記ＩＣチップの各々がそれに対応する前記電源とともに包装部材で包装され、それにより二次電池内蔵ＩＣパッケージの形態をなす、項２３〜３１のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項３３］
前記二次電池内蔵ＩＣパッケージは前記ＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まない、項３２に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項３４］
前記二次電池内蔵ＩＣパッケージはバイパスコンデンサを含まない、項３２に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項３５］
前記全固体リチウム二次電池が前記プリント配線板の内層として前記ＩＣチップの直下に組み込まれている、項２３〜３１のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項３６］
前記二次電池内蔵ＩＣ基板は前記ＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まない、項３５に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項３７］
前記二次電池内蔵ＩＣ基板はバイパスコンデンサを含まない、項３５に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項３８］
前記ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して前記全固体リチウム二次電池から前記ピーク電流を前記ＩＣに供給させ、かつ、前記高負荷動作の終了後、前記全固体リチウム二次電池を充電させる、電池制御手段をさらに備えた、項２３〜３７のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣ基板。
［項３９］
ＩＣと、
前記ＩＣに接続され、正極層、固体電解質層及び負極層を備えた全固体リチウム二次電池と、
前記ＩＣにおいて所定のパルス幅の電流で処理されるべき１つのタスクのｎ分割（ｎは２以上の整数）された部分のみを実行するように、前記全固体リチウム二次電池から前記ＩＣに前記所定のパルス幅の均等又は不均等にｎ分割されたパルス幅で電流を供給した後、前記全固体リチウム二次電池を充電し、前記電流の供給及び前記全固体リチウム二次電池の充電を交互に繰り返して前記ＩＣで処理されるべき１つのタスクを完了させる電池制御手段と、
を有する、二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項４０］
前記全固体リチウム二次電池自体がバイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能な、項３９に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項４１］
前記固体電解質層、前記固体電解質層と前記負極層との界面、及び前記固体電解質層と前記正極層との界面が、全体として、前記全固体リチウム二次電池をバイパスコンデンサとして機能させるに足る静電容量を有し、該静電容量が前記電源を含む等価回路における寄生容量に由来する、項４０に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項４２］
前記固体電解質層を構成する材料の比誘電率ε_ｒが１０〜２０００である、項３９〜４１のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項４３］
前記固体電解質層は、厚さが０．１〜２０μｍであり、縦及び横の寸法が１〜５０ｍｍである、項３９〜４２のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項４４］
前記全固体リチウム二次電池は、厚さが１０〜５０００μｍであり、縦及び横の寸法が１〜５０ｍｍである、項３９〜４３のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項４５］
前記全固体リチウム二次電池が、１０〜７００Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有する、項３９〜４４のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項４６］
前記正極層が層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物を含み、前記固体電解質層がリチウムイオン伝導材料を含み、前記負極層がリチウムを含む、項３９〜４５のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項４７］
前記ＩＣチップがそれに対応する前記電源とともに包装部材で包装され、それにより二次電池内蔵ＩＣパッケージの形態をなす、項３９〜４６のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項４８］
前記二次電池内蔵ＩＣパッケージは前記ＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まない、項４７に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項４９］
前記二次電池内蔵ＩＣパッケージはバイパスコンデンサを含まない、項４７に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項５０］
前記全固体リチウム二次電池が前記プリント配線板の内層として前記ＩＣチップの直下に組み込まれている、項３９〜４６のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項５１］
前記二次電池内蔵ＩＣ基板は前記ＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まない、項５０に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項５２］
前記二次電池内蔵ＩＣ基板はバイパスコンデンサを含まない、項５０に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項５３］
前記電池制御手段は、前記ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して前記全固体リチウム二次電池から前記ピーク電流を前記ＩＣに供給させ、かつ、前記高負荷動作の終了後、前記全固体リチウム二次電池を充電させる、項３９〜５２のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
［項５４］
全固体リチウム二次電池を用いたＩＣの駆動方法であって、
正極層、固体電解質層及び負極層を備えた全固体リチウム二次電池が接続されたＩＣを用意し、
前記ＩＣにおいて所定のパルス幅の電流で処理されるべき１つのタスクのｎ分割（ｎは２以上の整数）された部分のみを実行するように、前記全固体リチウム二次電池から前記ＩＣに前記所定のパルス幅の均等又は不均等にｎ分割されたパルス幅で電流を供給した後、
前記全固体リチウム二次電池を充電し、
前記電流の供給及び前記全固体リチウム二次電池の充電を交互に繰り返して前記ＩＣで処理されるべき１つのタスクを完了させる工程を含む、方法。
［項５５］
ＩＣ用電源として用いられる、全固体リチウム二次電池、又はイオン液体を電解液とした含むリチウムイオン二次電池の充電を促進する方法であって、
前記全固体リチウム二次電池又は前記リチウムイオン二次電池の充電を、ＩＣ動作直後の高熱状態において専ら選択的に行い、それにより充電を促進することを含む、方法。
［項５６］
ＩＣ用電源として用いられる、全固体リチウム二次電池、又はイオン液体を電解液とした含むリチウムイオン二次電池の充電及び放電を促進する方法であって、
ＩＣを伴う回路に組み込まれたヒータ又は抵抗配線を用いて前記二次電池を意図的に加熱し、それにより充電及び放電を促進することを含む、方法。
［項５７］
プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージであって、前記ＩＣ用電源が全固体リチウム二次電池であり、
前記ＩＣパッケージが、前記ＩＣチップの作動時に前記ＩＣ用電源の内部抵抗に起因する発熱により、前記ＩＣ用電源の作動温度を４０〜１２０℃に加熱又は保持する機能を有する、二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項５８］
プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージであって、前記ＩＣ用電源が全固体リチウム二次電池であり、
前記ＩＣパッケージが、前記ＩＣチップの作動時に前記ＩＣチップで発生した熱を前記ＩＣ用電源に伝達して、前記ＩＣ用電源の作動温度を４０〜１２０℃に加熱又は保持する機能を有する、二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項５９］
前記ＩＣ用電源の前記作動温度が６０〜１２０℃に保持される、項５７又は５８に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項６０］
プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージであって、前記ＩＣ用電源が、イオン液体を電解液として含むリチウムイオン二次電池であり、
前記ＩＣパッケージが、前記ＩＣチップの作動時に前記ＩＣ用電源の内部抵抗に起因する発熱により、前記ＩＣ用電源の作動温度を４０〜８５℃に加熱又は保持する機能を有する、二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項６１］
プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージであって、前記ＩＣ用電源が、イオン液体を電解液として含むリチウムイオン二次電池であり、
前記ＩＣパッケージが、前記ＩＣチップの作動時に前記ＩＣチップで発生した熱を前記ＩＣ用電源に伝達して、前記ＩＣ用電源の作動温度を４０〜８５℃に加熱又は保持する機能を有する、二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項６２］
前記ＩＣパッケージにおいて前記ＩＣチップと前記ＩＣ用電源とが熱伝導性導電部材で電気的に接続されており、前記ＩＣチップの作動時に前記ＩＣチップで発生した熱が、前記熱伝導性導電部材を介して前記ＩＣ用電源に伝達される、項５７〜６１に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項６３］
前記熱伝導性導電部材がグランドプレーンである、項６２に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項６４］
前記ＩＣチップと前記ＩＣ用電源が前記プリント配線板の同一面上に実装され、かつ、前記ＩＣチップ及び前記ＩＣ用電源が断熱部材で包装され、それにより前記ＩＣチップ及び前記ＩＣ用電源からの放熱が抑制される、項５７〜６３のいずれか一項に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項６５］
前記ＩＣ用電源が前記プリント配線板の内層として前記ＩＣチップの直下に組み込まれており、前記プリント配線板の有する断熱性により前記ＩＣ用電源からの放熱が抑制される、項５７〜６３のいずれか一項に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。
［項６６］
プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージを供する工程と、
前記ＩＣチップの作動時に前記ＩＣ用電源の内部抵抗に起因する発熱により、前記ＩＣ用電源の作動温度を４０〜１２０℃に加熱又は保持する工程と、
を含み、前記ＩＣ用電源が全固体リチウム二次電池である、ＩＣチップ及びＩＣ用電源の使用方法。
［項６７］
プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージを供する工程と、
前記ＩＣチップの作動時に前記ＩＣチップで発生した熱を前記ＩＣ用電源に伝達して、前記ＩＣ用電源の作動温度を４０〜１２０℃に加熱又は保持する工程と、
を含み、前記ＩＣ用電源が全固体リチウム二次電池である、ＩＣチップ及びＩＣ用電源の使用方法。
［項６８］
前記ＩＣ用電源の前記作動温度が６０〜１２０℃に保持される、項６６又は６７に記載の方法。
［項６９］
プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージを供する工程と、
前記ＩＣチップの作動時に前記ＩＣ用電源の内部抵抗に起因する発熱により、前記ＩＣ用電源の作動温度を４０〜８５℃に加熱又は保持する工程と、
を含み、前記ＩＣ用電源が、イオン液体を電解液として含むリチウムイオン二次電池である、ＩＣチップ及びＩＣ用電源の使用方法。
［項７０］
プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージを供する工程と、
前記ＩＣチップの作動時に前記ＩＣチップで発生した熱を前記ＩＣ用電源に伝達して、前記ＩＣ用電源の作動温度を４０〜８５℃に加熱又は保持する工程と、
を含み、前記ＩＣ用電源が、イオン液体を電解液として含むリチウムイオン二次電池である、ＩＣチップ及びＩＣ用電源の使用方法。
［項７１］
前記ＩＣパッケージにおいて前記ＩＣチップと前記ＩＣ用電源とが熱伝導性導電部材で電気的に接続されており、前記ＩＣチップの作動時に前記ＩＣチップで発生した熱が、前記熱伝導性導電部材を介して前記ＩＣ用電源に伝達される、項６６〜７０に記載の方法。
［項７２］
前記熱伝導性導電部材がグランドプレーンである、項７１に記載の方法。
［項７３］
前記ＩＣチップと前記ＩＣ用電源が前記プリント配線板の同一面上に実装され、かつ、前記ＩＣチップ及び前記ＩＣ用電源が断熱部材で包装され、それにより前記ＩＣチップ及び前記ＩＣ用電源からの放熱が抑制される、項６６〜７２のいずれか一項に記載の方法。
［項７４］
前記ＩＣ用電源が前記プリント配線板の内層として前記ＩＣチップの直下に組み込まれており、前記プリント配線板の有する断熱性により前記ＩＣ用電源からの放熱が抑制される、項６６〜７２のいずれか一項に記載の方法。
［項７５］
前記ＩＣ用電源が、項１〜５４のいずれか一項に記載のＩＣ用電源又は全固体リチウム二次電池であり、所望により、前記ＩＣ用電源又は全固体リチウム二次電池が、前記二次電池内蔵ＩＣパッケージ、前記二次電池内蔵ＩＣ基板、前記二次電池搭載ＩＣ基板、及び／又は前記二次電池搭載ＩＣデバイスの形態で提供される、項５５、５６及び６６〜７４のいずれか一項に記載の方法。
［項７６］
前記ＩＣ用電源が、項１〜５４のいずれか一項に記載のＩＣ用電源又は全固体リチウム二次電池である、請求項５７〜６５のいずれか一項に記載の二次電池内蔵ＩＣパッケージ。

負荷（ＩＣ）に接続された全固体リチウム二次電池の等価回路の典型例を示す図である。 過渡電流、パルス電流及びＩＣ動作電圧の関係を示す図である。具体的には（ａ）は全固体リチウム二次電池の過渡電流の経時変化を、（ｂ）はＩＣの瞬時的な高負荷動作におけるパルス電流を、（ｃ）はＩＣの動作電圧の経時変化を示す。 全固体リチウム二次電池がＩＣチップの直上に実装される場合の構成の模式的断面図である。 全固体リチウム二次電池がＩＣチップの直下のプリント配線板の内層として実装された構成のＩＣパッケージを模式的に示す図である。 全固体リチウム二次電池がプリント配線板のＩＣチップと同一面上に実装される場合の構成の模式的断面図である。 全固体リチウム二次電池がＩＣチップの直下のプリント配線板の内層として実装された構成のＩＣ基板を模式的に示す図である。 全固体リチウム二次電池及びＢＭＵ（バッテリー・マネジメント・ユニット）をオンボードマイコン（Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）電源の用途に、ＰＯＬ（Ｐｏｉｎｔ Ｏｆ Ｌｏａｄ）方式で用いる概念図が示される。 電池制御手段を含むシステムの全体構成を模式的に示す概念図である。 全固体リチウム二次電池について得られたアレニウスプロットを示すグラフである。 図８に示されるアレニウスプロットを得るために測定された電圧−容量特性を示す図である。 図８に示されるアレニウスプロットに対応する温度（０℃、２５℃、４０℃及び６０℃）と抵抗の関係をプロットしたグラフである。 イオン液体を電解液として用いたリチウムイオン二次電池について得られたアレニウスプロットを示すグラフである。 ＩＣ用電源がプリント配線板のＩＣチップと同一面上に実装された構成の、急速充放電に適したＩＣパッケージの模式断面図である。 ＩＣ用電源がＩＣチップの直下のプリント配線板の内層として実装された構成の、急速充放電に適したＩＣパッケージの模式断面図である。 全固体リチウム二次電池の一例を示す模式断面図である。 例Ｄ１で言及される人工知能（ＡＩ）用半導体チップの写真である。 例Ｄ２で言及される電池内蔵インバータの模式図である。

Ａ．各種ＩＣ関連用途
前述のとおり、本発明によれば、全固体リチウム二次電池を用いた、様々な有用なＩＣ（集積回路）関連用途が提供される。かかるＩＣ関連用途は、Ａ１）バイパスコンデンサ用途、Ａ２）ＰＯＬ電源用途、Ａ３）ＩＣ駆動手法、及びＡ４）急速充放電用途を包含する。いずれの用途も、ＩＣとより密接に関わった形態に係る、全固体リチウム二次電池の新たな用途である。したがって、上記用途Ａ１〜Ａ４から選択される２つ以上を任意に組み合わせた形態も採用可能であることはいうまでもなく、そのような任意の組合せも本発明に包含される。なお、本明細書においてＩＣは、ＣＰＵ、ＤＳＰ、メモリ、周辺回路、センサ等の各種ＩＣを幅広く包含するものである。以下、用途Ａ１〜Ａ４の各々について説明する。

Ａ１．バイパスコンデンサ用途
本発明の一態様によれば、ＩＣ用電源が提供される。ＩＣ用電源は、文字どおり、ＩＣ、すなわち集積回路への電力供給に用いられる電源である。このＩＣ用電源は、正極層、固体電解質層及び負極層を備えた全固体リチウム二次電池を備えるものであり、典型的には全固体リチウム二次電池そのものである。そして、全固体リチウム二次電池自体がバイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能である。

すなわち、前述のとおり、全固体リチウム二次電池は、耐熱性に優れるのみならず薄型化又は小型化にも適するものである。このことは全固体リチウム二次電池（すなわちＩＣ用電源）をチップ型電子部品サイズの全固体チップ電池の形態で提供できること、さらにはそれを発熱を伴うＩＣの直近（例えばプリント配線板の内層やＩＣパッケージ内）に実装できることを意味する。こうすることで、配線のインダクタンス成分の影響を受けずに、応答性の高い電流を供給してＩＣ用電源の安定化を図ることができる。加えて、薄型化又は小型化の全固体リチウム二次電池は薄型の固体電解質層（例えば固体電解質薄膜）を備えることになるが、かかる薄型の固体電解質層は等価回路における寄生容量成分の静電容量が大きいという特性を有し、この寄生容量成分がバイパスコンデンサとして機能する程十分な静電容量を有しうる。

図１に負荷（ＩＣ）に接続された全固体リチウム二次電池の等価回路の典型例が示される。図１に示される等価回路において、Ｃ₋及びＲ₋は固体電解質層と負極層との界面に起因する静電容量及び抵抗を意味し、Ｃ_ｓｅ及びＲ_ｓｅは固体電解質層に起因する静電容量及び抵抗を意味し、Ｃ_＋及びＲ_＋は固体電解質層と正極層との界面に起因する静電容量及び抵抗を表す。また、Ｖ_ＯＣは開放電圧を、Ｒ_ＨＦは端子抵抗を、Ｗは拡散抵抗を表す。そして、図１に示される等価回路において、図２（ｂ）に示されるパルス電流に代表されるようなＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して、全固体リチウム電池（典型的には全固体チップ電池）が応答する電流波形のイメージは図２（ａ）に示されるようなものとなり、この挙動はバイパスコンデンサ機能を呈することを示唆するといえる。特に、全固体リチウム二次電池が負荷（ＩＣ）と密接に関わった形態であることで端子抵抗Ｒ_ＨＦが小さくなり、その結果、図２（ａ）に示される過渡電流の初期値Ｖ_ｏｃ／Ｒ_ＨＦが高くなる。そして、１／Ｃ＝（１／Ｃ₋）＋（１／Ｃ_ｓｅ）＋（１／Ｃ_＋）で計算されるＣが大きい程、過渡電流を長い時間流すことができる。通常、全固体リチウム二次電池は満充電状態で動作し、動作後はＩＣのパルス電流が小さくなり次第、トリクル充電で満充電に回復することができる。かかるバイパスコンデンサ機能を呈することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源の安定化を図ることができる。

したがって、本発明の好ましい態様によれば、固体電解質層、固体電解質層と負極層との界面、及び固体電解質層と正極層との界面は、全体として、全固体リチウム二次電池をバイパスコンデンサとして機能させるに足る静電容量を有し、該静電容量が電源を含む等価回路における寄生容量に由来する。なお、ＩＣの直近（例えば１ｃｍ未満の距離）に配置するバイパスコンデンサとして好ましい静電容量は０．００１μＦ〜０．１μＦであり、より好ましくは０．００５μＦ〜０．０５μＦである。

ＩＣ用電源を構成する全固体リチウム二次電池の構成の詳細については「Ｂ．全固体リチウム二次電池」のセクションで後述するが、バイパスコンデンサとして機能できる点以外の利点としては以下のものが挙げられる：
‐固体電解質層の優れた耐熱性により、電池の高温動作（例えば約１２０℃）が可能となり、その結果、発熱体でもあるＩＣの直近に電池を配置することができる。
‐高エネルギー密度の電池であるため、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＴＣ等のためのバックアップ電源として機能することができる。
‐低リークである（すなわち漏れ電流が生じにくい）ため、エネルギーハーベスティング等の不安定な電源供給状態においても電池容量を長時間維持することができる。

上述したようなＩＣ用電源（すなわち全固体リチウム二次電池）の利点（バイパスコンデンサとして機能可能な点及び所望によりその他の上記利点を含む）を最大限に活かした各種の好ましい態様について以下に説明する。なお、以下に説明する各種態様（すなわちＩＣパッケージ、ＩＣ基板及びＩＣデバイス）は、ＩｏＴモジュール用マイコン（特にＳＲＡＭ等の揮発性メモリを有するもの）やＩｏＴモジュール用ワイヤレス通信デバイス（例えばＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）デバイス）の用途に特に適している。

本発明の好ましい態様によれば、図３に模式的に示されるように、ＩＣチップ４と、ＩＣチップ４の直上に実装される本発明のＩＣ用電源１０（すなわち全固体リチウム二次電池１０）と、ＩＣチップ４及び電源１０を包装する包装部材６とを備えた、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８が提供される。このように、発熱を伴うＩＣチップ４の直近に電源１０を実装することで、配線のインダクタンス成分の影響を受けずに、応答性の高い電流を供給してＩＣ用電源１０の安定化を図ることができる。また、ＩＣ用電源１０がバイパスコンデンサとしても機能することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源１０の更なる安定化を図ることができる。したがって、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８は、ＩＣチップ４の外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まないのが好ましい。より好ましくは、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８はバイパスコンデンサを含まない。好ましくは、ＩＣパッケージ８はプリント配線板２を含み、プリント配線板２上にＩＣチップ４及びＩＣ用電源１０が順に実装される。この場合、ＩＣチップ４及びＩＣ用電源１０はボンディングワイヤー５によってプリント配線板２にそれぞれ接続されるのが好ましく、このＩＣパッケージ８（特にプリント配線板２）がバンプ９を介してさらに大規模の別のプリント配線板２’に実装されうる。すなわち、バンプ９によってプリント配線板２，２’間が電気的に接続される。このようなパッケージ例としてはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。

本発明の別の好ましい態様によれば、図４に模式的に示されるように、プリント配線板２と、プリント配線板２に実装されるＩＣチップ４と、プリント配線板２の内層としてＩＣチップ４の直下に組み込まれた本発明のＩＣ用電源１０（すなわち全固体リチウム二次電池１０）と、プリント配線板２、ＩＣチップ４及び電源１０を包装する包装部材６とを備えた、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８’が提供される。このように、発熱を伴うＩＣチップ４の直近に電源１０を実装することで、配線のインダクタンス成分の影響を受けずに、応答性の高い電流を供給してＩＣ用電源１０の安定化を図ることができる。また、ＩＣ用電源１０がバイパスコンデンサとしても機能することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源１０の更なる安定化を図ることができる。したがって、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８’はＩＣチップ４の外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まないのが好ましい。より好ましくは、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８’はバイパスコンデンサを含まない。ＩＣチップ４はボンディングワイヤー５によってプリント配線板２に接続されるのが好ましく、このＩＣパッケージ８’（特にプリント配線板２）がバンプ９を介してさらに大規模の別のプリント配線板２’に実装されうる。すなわち、バンプ９によってプリント配線板２，２’間が電気的に接続される。このようなパッケージ例としてはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。

本発明の別の好ましい態様によれば、図５に模式的に示されるように、プリント配線板２と、プリント配線板２上に実装されるＩＣチップ４と、プリント配線板２のＩＣチップ４と同一面上に実装される本発明のＩＣ用電源１０（すなわち全固体リチウム二次電池１０）と、プリント配線板２、ＩＣチップ４及び電源１０を包装する包装部材６とを備えた、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８’’が提供される。このように、発熱を伴うＩＣチップ４の直近に電源１０を実装することで、配線のインダクタンス成分の影響を受けずに、応答性の高い電流を供給してＩＣ用電源１０の安定化を図ることができる。また、ＩＣ用電源１０がバイパスコンデンサとしても機能することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源１０の更なる安定化を図ることができる。したがって、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８’’はＩＣチップ４の外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まないのが好ましい。より好ましくは、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８’’はバイパスコンデンサを含まない。好ましくは、ＩＣパッケージ８’’はプリント配線板２を含み、プリント配線板２の同一面上にＩＣチップ４及びＩＣ用電源１０が実装される。この場合、ＩＣチップ４はボンディングワイヤー５によってプリント配線板２に接続されるのが好ましい一方、ＩＣ用電源１０はワイヤーボンディングを要することなくフリップチップ実装によりプリント配線板２に接続されるのが好ましい。そして、このＩＣパッケージ８（特にプリント配線板２）がバンプ９を介してさらに大規模の別のプリント配線板２’に実装されうる。すなわち、バンプ９によってプリント配線板２，２’間が電気的に接続される。このようなパッケージ例としてはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。

本発明の別の好ましい態様によれば、図６に模式的に示されるように、プリント配線板２と、プリント配線板２’上に実装されるＩＣチップ４とを備え、本発明のＩＣ用電源１０（すなわち全固体リチウム二次電池１０）がプリント配線板２’の内層としてＩＣチップ４の直下に組み込まれている、二次電池内蔵ＩＣ基板１が提供される。このように、発熱を伴うＩＣチップ４の直近に電源１０を実装することで、配線のインダクタンス成分の影響を受けずに、応答性の高い電流を供給してＩＣ用電源１０の安定化を図ることができる。また、ＩＣ用電源１０がバイパスコンデンサとしても機能することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源１０の更なる安定化を図ることができる。したがって、二次電池内蔵ＩＣ基板１はＩＣチップ４の外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まないのが好ましい。より好ましくは、二次電池内蔵ＩＣ基板１はバイパスコンデンサを含まない。好ましくは、ＩＣチップ４はＩＣパッケージ８’’’の形態で提供され、このＩＣパッケージ８’’’は、プリント配線板２と、プリント配線板２上に実装されるＩＣチップ４と、プリント配線板２及びＩＣチップ４を包装する包装部材６とを備える。この場合、ＩＣチップ４はボンディングワイヤー５によってプリント配線板２に接続されるのが好ましく、このＩＣパッケージ８’’’（特にプリント配線板２）がバンプ９を介してさらに大規模の別のプリント配線板２’に実装されうる。すなわち、バンプ９によってプリント配線板２，２’間が電気的に接続される。このようなパッケージ例としてはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。

本発明の別の好ましい態様によれば、上記二次電池内蔵ＩＣパッケージ８，８’，８’’又は上記二次電池内蔵ＩＣ基板１と、電池制御手段（図示せず）とを備えた、二次電池内蔵ＩＣデバイスが提供される。このような電池制御手段の例として、ＢＭＵ（バッテリー・マネジメント・ユニット）が挙げられる。典型的なＢＭＵは、二次電池の充放電（外部電源による充電と負荷への放電）を制御し、かつ、過充電保護や過放電保護の機能を有するものであり、それ故、以下の用途及び利点が考えられる。
１）負荷への定常的な電力供給を行う用途：市販のリチウム電池制御ＩＣでユーザーが電池を使いこなせる。この用途の例としては、図７に示されるような外部電源が挙げられる。
２）過渡的な電力供給制御を伴う用途：例えばチップコンデンサ電源の代替用途である。この場合、クロックに応じて電流が急激に変化するシステム動作シーケンスと電池特性を両立させることができる。この用途の好ましい例としては、図７に示されるようなオンボードマイコン（Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）電源が挙げられる。

この点、本発明のＩＣ用電源はバイパスコンデンサとしての機能を有し且つＩＣの直近に実装できることから上記用途２）に用いられるのが好ましい。

したがって、好ましい電池制御手段（典型的にはＢＭＵ）は、ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して全固体リチウム二次電池からピーク電流をＩＣに供給させ、かつ、高負荷動作の終了後、全固体リチウム二次電池を充電させるものである。このように、ＩＣ用電源がバイパスコンデンサとしても機能することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源の更なる安定化を図ることができる。

図８に、電池制御手段を含むシステムの全体構成が模式的に示される。図８に示されるシステムは、外部電源１００と、電池制御手段１０２と、全固体リチウム二次電池１０と、所望により設けられるＤＣ／ＤＣコンバータ１０８と、ＩＣ１１０とを備える。電池制御手段１０２は、外部電源１００と全固体リチウム二次電池１０との間に設けられ、チャージャー兼プロテクトＩＣ１０４及びスイッチ１０６を備える。二次電池１０はスイッチ１０６を介して電池制御手段１０２に接続する一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８を介して又は介さずにＩＣ１１０に電力を供給可能に接続される。スイッチ１０６はチャージャー兼プロテクトＩＣ１０４による制御のもと、所望のタイミングで、例えば外部電源１００から所望の電圧が検出された時のみＯＮとすることができ、それにより二次電池１０に電流を供給して充電を行うことができる。特に、電池制御手段１０２は、二次電池１０の充電をＩＣ１１０の高負荷電流時を外してＩＣのスリープ状態時に行うように充放電タイミングを制御するのが好ましく（充放電シーケンス制御）、こうすることでＩＣ１１０の高負荷動作と二次電池１０の充電とを互いに阻害しあうことなく高効率で行うことができる。外部電源１００は、通常の外部充電用電源であってもよいし、太陽電池（ＰＶ）やエネルギーハーベスティング（ＥＨ）であることもできる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８の前段にＤＣ／ＤＣコンバータ１０８の入力電圧低下を検出する回路保護ＩＣを挿入してもよい。ＩＣ１１０としては、低電圧でパルス電流の動作を必要とするＩＣが特に好ましく、そのような例としてはＩｏＴモジュールや環境センサ用のＩＣが挙げられる。

本発明の別の好ましい態様によれば、ＩＣへの電力供給方法であって、（ａ）ＩＣ用電源を用意する工程と、（ｂ）電源をバイパスコンデンサとして利用してＩＣに電力を供給する工程と、（ｃ）ＩＣへの電力の供給後、全固体リチウム二次電池を充電する工程とを含む、方法が提供される。好ましくは、ＩＣへの電力の供給が、ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して全固体リチウム二次電池からピーク電流をＩＣに供給させるように行われ、高負荷動作の終了後、全固体リチウム二次電池が充電される。このように、ＩＣ用電源がバイパスコンデンサとしても機能することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源の更なる安定化を図ることができる。この態様による方法の実施は上述したような各種態様（特に電池制御手段を含む態様）に従って行うことができる。

Ａ２．ＰＯＬ電源用途
本発明の一態様によれば、プリント配線板と、複数個のＩＣチップと、複数個の全固体リチウム二次電池とを備えた二次電池搭載ＩＣ基板が提供される。図３〜６に模式的かつ部分的に示されるように、ＩＣチップ４はプリント配線板２上に実装される一方、全固体リチウム二次電池１０は、ＩＣチップ４の直上若しくは直下、又はＩＣチップ４の外縁から１ｃｍ以内の領域内に実装される。全固体リチウム二次電池は、正極層、固体電解質層及び負極層を備える。そして、ＩＣチップの各々に対して少なくとも１個の全固体リチウム二次電池が、ＩＣチップに必要な電源電圧レベルに適合した最下流の電源として接続されており、それにより複数個のＩＣチップに供給されるべき電力が複数個の全固体リチウム二次電池によって個別に分散されて供給される。

すなわち、前述のとおり、全固体リチウム二次電池は、耐熱性に優れるのみならず薄型化又は小型化にも適するものである。このことは全固体リチウム二次電池（すなわちＩＣ用電源）をチップ型電子部品サイズの全固体チップ電池の形態で提供できること、さらにはそれを発熱を伴うＩＣの直近（例えばＩＣチップの直上若しくは直下、又はＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内）に実装できることを意味する。こうすることで、配線のインダクタンス成分の影響を受けずに、応答性の高い電流を供給してＩＣ用電源の安定化を図ることができる。その上、本態様の二次電池搭載ＩＣ基板にあっては、複数個のＩＣチップに供給されるべき電力が複数個の全固体リチウム二次電池によって個別に分散されて供給される。この構成は、いわゆるＰＯＬ（Ｐｏｉｎｔ Ｏｆ Ｌｏａｄ）電源として全固体リチウム二次電池を用いた態様であるといえる。すなわち、ＣＰＵ、ＤＳＰ、メモリ、周辺回路、センサ等のＩＣごとの要求電圧が異なる電源の多様化と、低電圧化及び高精度化の要求が拡大している。かかる要求に応えるため、電源を各ＩＣの直近に配置するＰＯＬ式回路設計が近年提案されており、本態様の二次電池搭載ＩＣ基板はこのＰＯＬのコンセプトに従ったものである。このＰＯＬ電源の例が、先に言及した図７に示されるオンボードマイコン電源に相当する。ＰＯＬ又はオンボードマイコン電源に係る、本態様の二次電池搭載ＩＣ基板の利点としては、
ｉ）ＩＣ電流増加に伴い電源及びＩＣ間で生じる電圧降下や電圧変動を抑制できること、
ｉｉ）高感度ＲＦ回路やセンサ入力回路に敏感な電源ノイズを抑制できること、及び
ｉｉｉ）安定で高精度な電源電圧によりＩＣ動作信頼性を向上できること
が挙げられる。また、ＰＯＬ又はオンボードマイコン電源に係る、本態様の二次電池搭載ＩＣ基板の適用例としては、車載ＥＣＵ、ロボット制御回路、各種センサ信号処理回路、薄型テレビ等の画像処理回路、携帯電話基地局等の通信制御回路等が挙げられる。したがって、本態様の二次電池搭載ＩＣ基板の特に適する用途は大規模回路基板上のＰＯＬ電源である。

したがって、本態様の二次電池搭載ＩＣ基板において、ＩＣチップの各々に対応する少なくとも１個の全固体リチウム二次電池が、対応する各ＩＣチップの性能又は仕様に応じて個別にカスタマイズされた仕様を有するのが好ましい。こうすることで、ＣＰＵ、ＤＳＰ、メモリ、周辺回路、センサ等のＩＣごとの要求電圧が異なる電源の多様化に好都合に対処することができる。例えば、以下の表１に例示されるように、全固体リチウム二次電池の開放電圧Ｖ_ＯＣは正極材料及び負極材料の組合せによって所望の値に設定することができるので、ＩＣごとに最適な開放電圧Ｖ_ＯＣを与える全固体リチウム二次電池を配置すればよい。

全固体リチウム二次電池は特に限定されず、その詳細については「Ｂ．全固体リチウム二次電池」のセクションで後述するものとする。好ましくは、全固体リチウム二次電池自体が、バイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能なものである。すなわち、前述のとおり、全固体リチウム二次電池は、耐熱性に優れるのみならず薄型化又は小型化にも適するものである。そして、薄型化又は小型化の全固体リチウム二次電池は薄型の固体電解質層（例えば固体電解質薄膜）を備えることになるが、かかる薄型の固体電解質層は等価回路における寄生容量成分の静電容量が大きいという特性を有し、この寄生容量成分がバイパスコンデンサとして機能する程十分な静電容量を有しうる。

図１に負荷（ＩＣ）に接続された全固体リチウム二次電池の等価回路の典型例が示される。図１に示される等価回路において、Ｃ₋及びＲ₋は固体電解質層と負極層との界面に起因する静電容量及び抵抗を意味し、Ｃ_ｓｅ及びＲ_ｓｅは固体電解質層に起因する静電容量及び抵抗を意味し、Ｃ_＋及びＲ_＋は固体電解質層と正極層との界面に起因する静電容量及び抵抗を表す。また、Ｖ_ＯＣは開放電圧を、Ｒ_ＨＦは端子抵抗を、Ｗは拡散抵抗を表す。そして、図１に示される等価回路において、図２（ｂ）に示されるパルス電流に代表されるようなＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して、全固体リチウム電池（典型的には全固体チップ電池）が応答する電流波形のイメージは図２（ａ）に示されるようなものとなり、この挙動はバイパスコンデンサ機能を呈することを示唆するといえる。特に、全固体リチウム二次電池が負荷（ＩＣ）と密接に関わった形態であることで端子抵抗Ｒ_ＨＦが小さくなり、その結果、図２（ａ）に示される過渡電流の初期値Ｖ_ｏｃ／Ｒ_ＨＦが高くなる。そして、１／Ｃ＝（１／Ｃ₋）＋（１／Ｃ_ｓｅ）＋（１／Ｃ_＋）で計算されるＣが大きい程、過渡電流を長い時間流すことができる。通常、全固体リチウム二次電池は満充電状態で動作し、動作後はＩＣのパルス電流が小さくなり次第、トリクル充電で満充電に回復することができる。かかるバイパスコンデンサ機能を呈することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源の安定化を図ることができる。

したがって、本発明の好ましい態様によれば、固体電解質層、固体電解質層と負極層との界面、及び固体電解質層と正極層との界面は、全体として、全固体リチウム二次電池をバイパスコンデンサとして機能させるに足る静電容量を有し、該静電容量が電源を含む等価回路における寄生容量に由来する。なお、ＩＣの直近（例えば１ｃｍ未満の距離）に配置するバイパスコンデンサとして好ましい静電容量は０．００１μＦ〜０．１μＦであり、より好ましくは０．００５μＦ〜０．０５μＦである。

ＩＣ用電源を構成する全固体リチウム二次電池の構成の詳細については「Ｂ．全固体リチウム二次電池」のセクションで後述するが、バイパスコンデンサとして機能できる点以外の利点としては以下のものが挙げられる：
‐固体電解質層の優れた耐熱性により、電池の高温動作（例えば約１２０℃）が可能となり、その結果、発熱体でもあるＩＣの直近に電池を配置することができる。
‐高エネルギー密度の電池であるため、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＴＣ等のためのバックアップ電源として機能することができる。
‐低リークである（すなわち漏れ電流が生じにくい）ため、エネルギーハーベスティング等の不安定な電源供給状態においても電池容量を長時間維持することができる。

上述したようなＩＣ用電源（すなわち全固体リチウム二次電池）の利点（バイパスコンデンサとして機能可能な点及び所望によりその他の上記利点を含む）を最大限に活かした各種の好ましい態様について以下に説明する。

本発明の好ましい態様によれば、図３に模式的に示されるように、ＩＣチップ４の各々がそれに対応する電源１０とともに包装部材６で包装され、それにより二次電池内蔵ＩＣパッケージ８の形態をなす。すなわち、上述のとおり全固体リチウム二次電池１０はＩＣチップ４の直近に実装されることから、二次電池１０をＩＣパッケージ８に内蔵させることができる。また、ＩＣ用電源１０はそれ自体でバイパスコンデンサとしても機能しうることから、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８はＩＣチップ４の外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まないのが好ましい。より好ましくは、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８はバイパスコンデンサを含まない。好ましくは、ＩＣパッケージ８はプリント配線板２を含み、プリント配線板２上にＩＣチップ４及びＩＣ用電源１０が順に実装される。この場合、ＩＣチップ４及びＩＣ用電源１０はボンディングワイヤー５によってプリント配線板２にそれぞれ接続されるのが好ましく、このＩＣパッケージ８（特にプリント配線板２）がバンプ９を介してさらに大規模の別のプリント配線板２’に実装されうる。すなわち、バンプ９によってプリント配線板２，２’間が電気的に接続される。このようなパッケージ例としてはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。

本発明の別の好ましい態様によれば、図４及び６に模式的に示されるように、全固体リチウム二次電池１０がプリント配線板２又は２’の内層としてＩＣチップ４の直下に組み込まれている。また、ＩＣ用電源１０はそれ自体でバイパスコンデンサとしても機能しうることから、二次電池内蔵ＩＣ基板１はＩＣチップ４の外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まないのが好ましい。より好ましくは、二次電池内蔵ＩＣ基板１はバイパスコンデンサを含まない。図４及び６に示されるように、ＩＣチップ４はボンディングワイヤー５によってプリント配線板２に接続されるのが好ましく、このプリント配線板２を含むＩＣパッケージ８’又は８’’’がバンプ９を介してさらに大規模の別のプリント配線板２’に実装されうる。すなわち、バンプ９によってプリント配線板２，２’間が電気的に接続される。このようなパッケージ例としてはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。

本発明の別の好ましい態様によれば、二次電池搭載ＩＣ基板は、電池制御手段をさらに備える。このような電池制御手段の例として、ＢＭＵ（バッテリー・マネジメント・ユニット）が挙げられる。典型的なＢＭＵは、二次電池の充放電（外部電源による充電と負荷への放電）を制御し、かつ、過充電保護や過放電保護の機能を有するものであり、それ故、以下の用途及び利点が考えられる。
１）負荷への定常的な電力供給を行う用途：市販のリチウム電池制御ＩＣでユーザーが電池を使いこなせる。この用途の例としては、図７に示されるような外部電源が挙げられる。
２）過渡的な電力供給制御を伴う用途：例えばチップコンデンサ電源の代替用途である。この場合、クロックに応じて電流が急激に変化するシステム動作シーケンスと電池特性を両立させることができる。この用途の好ましい例としては、図７に示されるようなオンボードマイコン（Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）電源が挙げられる。

この点、本発明のＩＣ用電源はＩＣの直近に実装できることから上記用途２）に用いられるのが特に好ましい。

したがって、好ましい電池制御手段（典型的にはＢＭＵ）は、ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して全固体リチウム二次電池からピーク電流をＩＣに供給させ、かつ、高負荷動作の終了後、全固体リチウム二次電池を充電させるものである。このように、ＩＣ用電源がバイパスコンデンサとしても機能することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源の更なる安定化を図ることができる。

図８に、電池制御手段を含むシステムの全体構成が模式的に示される。図８に示されるシステムは、外部電源１００と、電池制御手段１０２と、全固体リチウム二次電池１０と、所望により設けられるＤＣ／ＤＣコンバータ１０８と、ＩＣ１１０とを備える。電池制御手段１０２は、外部電源１００と全固体リチウム二次電池１０との間に設けられ、チャージャー兼プロテクトＩＣ１０４及びスイッチ１０６を備える。二次電池１０はスイッチ１０６を介して電池制御手段１０２に接続する一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８を介して又は介さずにＩＣ１１０に電力を供給可能に接続される。スイッチ１０６はチャージャー兼プロテクトＩＣ１０４による制御のもと、所望のタイミングで、例えば外部電源１００から所望の電圧が検出された時のみＯＮとすることができ、それにより二次電池１０に電流を供給して充電を行うことができる。特に、電池制御手段１０２は、二次電池１０の充電をＩＣ１１０の高負荷電流時を外してＩＣのスリープ状態時に行うように充放電タイミングを制御するのが好ましく（充放電シーケンス制御）、こうすることでＩＣ１１０の高負荷動作と二次電池１０の充電とを互いに阻害しあうことなく高効率で行うことができる。外部電源１００は、通常の外部充電用電源であってもよいし、太陽電池（ＰＶ）やエネルギーハーベスティング（ＥＨ）であることもできる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８の前段にＤＣ／ＤＣコンバータ１０８の入力電圧低下を検出する回路保護ＩＣを挿入してもよい。ＩＣ１１０としては、低電圧でパルス電流の動作を必要とするＩＣが特に好ましく、そのような例としてはＩｏＴモジュールや環境センサ用のＩＣが挙げられる。

Ａ３．ＩＣ駆動手法
本発明の一態様によれば、ＩＣと、全固体リチウム二次電池と、電池制御手段とを有する、二次電池搭載ＩＣデバイスが提供される。全固体リチウム二次電池は、ＩＣに接続され、正極層、固体電解質層及び負極層を備える。電池制御手段は、ＩＣにおいて所定のパルス幅の電流で処理されるべき１つのタスクのｎ分割（ｎは２以上の整数）された部分のみを実行するように、全固体リチウム二次電池からＩＣに所定のパルス幅の均等又は不均等にｎ分割されたパルス幅で電流を供給した後、全固体リチウム二次電池を充電し、電流の供給及び全固体リチウム二次電池の充電を交互に繰り返してＩＣで処理されるべき１つのタスクを完了させる。あるいは、本発明の別の態様によれば、全固体リチウム二次電池を用いたＩＣの駆動方法であって、（ａ）正極層、固体電解質層及び負極層を備えた全固体リチウム二次電池が接続されたＩＣを用意し、（ｂ）ＩＣにおいて所定のパルス幅の電流で処理されるべき１つのタスクのｎ分割（ｎは２以上の整数）された部分のみを実行するように、全固体リチウム二次電池からＩＣに所定のパルス幅の均等又は不均等にｎ分割されたパルス幅で電流を供給した後、（ｃ）全固体リチウム二次電池を充電し、（ｄ）電流の供給及び全固体リチウム二次電池の充電を交互に繰り返してＩＣで処理されるべき１つのタスクを完了させる、方法が提供される。

すなわち、前述のとおり、全固体リチウム二次電池は、耐熱性に優れるのみならず薄型化又は小型化にも適するものである。このことは全固体リチウム二次電池（すなわちＩＣ用電源）をチップ型電子部品サイズの全固体チップ電池の形態で提供できること、さらにはそれを発熱を伴うＩＣの直近（例えばプリント配線板の内層やＩＣパッケージ内）に実装できることを意味する。こうすることで、配線のインダクタンス成分の影響を受けずに、応答性の高い電流を供給してＩＣ用電源の安定化を図ることができる。しかしながら、ＩＣにおいて所定のパルス幅の電流で処理されるべき１つのタスクを考えた場合、そのパルス幅が長いと、ピーク電流を長く流さなければならない。しかし、図２（ａ）〜（ｃ）から分かるようにピーク電流は過渡電流であるので時間とともに減衰するため、パルス幅が長いとＩＣの電源電圧降下が顕著となり、ＩＣを安定的に作動できなくなる。この問題に対処すべく、Ｒ_ＨＦは端子抵抗を低くして過渡電流の初期値Ｖ_ｏｃ／Ｒ_ＨＦを高くする等、より高い性能の全固体リチウム二次電池を作製及び使用することが考えられる。しかしながら、そこまでしなくても本態様の二次電池搭載ＩＣデバイスによれば上記問題に対処することができる。すなわち、本態様においては、ＩＣにおいて所定のパルス幅の電流で処理されるべき１つのタスクを敢えてｎ分割（ｎは２以上）することを特徴としている。つまり、上記タスクのｎ分割された部分のみを実行するように、全固体リチウム二次電池からＩＣに所定のパルス幅の均等又は不均等にｎ分割されたパルス幅で電流を供給することで、そのパルス幅を短くすることができ、その結果、パルス幅が長いことで生じうるＩＣの電源電圧降下を顕著に抑制することができ、その分割されたタスクに対してＩＣが安定的に作動できる。こうして分割タスクを実行した後、全固体リチウム二次電池を充電すれば二次電池は初期値Ｖ_ｏｃ／Ｒ_ＨＦでピーク電流を再度供給可能となる。よって、電流の供給及び全固体リチウム二次電池の充電を交互に繰り返してＩＣで処理されるべき１つのタスクを完了させればよい。つまり、リチウム二次電池はその都度充電されるので、分割タスクを実行するにあたり、ＩＣに対して所望の高いピーク電流を安定的に供給することができる。したがって、本態様の二次電池搭載ＩＣデバイスによれば、ＩＣの電源電圧降下を顕著に抑制しながら、ＩＣを常に安定して作動させることができる。

１つのタスクを分割数ｎは２以上であるが、好ましくは２〜１０００、より好ましくは１０〜１００である。このように分割数ｎを大きくすることで、大きなタスクに対してもＩＣを常に安定作動させて無理なく処理することができる。

本態様の二次電池搭載ＩＣデバイスは、ＩｏＴモジュールや環境センサといったような、間欠的な動作を行えば足りるＩＣに対して特に適している。すなわち、このようなＩＣにおいては、間欠的な動作の１周期に所定のタスクを完了しさえすれば、一連の動作を特に急ぐ必要はないことから、所定のパルス幅の電流で処理されるべき１つのタスクを分割実行することで全体の作業時間（充電時間を含む）が長くなったとしても、何ら実害は無いからである。例えば、ＩｏＴモジュールや環境センサの場合、１つのタスクを、センシング、データ処理、送信、及び受信といったように、細切れの要素に分割して、各要素を充電を間に挟みながら間欠的に行えばよい。したがって、本態様のＩＣデバイスは、ＩｏＴモジュール用マイコン（特にＳＲＡＭ等の揮発性メモリを有するもの）やＩｏＴモジュール用ワイヤレス通信デバイス（例えばＢＬＥ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）デバイス）の用途に特に適している。

全固体リチウム二次電池は特に限定されず、その詳細については「Ｂ．全固体リチウム二次電池」のセクションで後述するものとする。好ましくは、全固体リチウム二次電池自体が、バイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能なものである。すなわち、前述のとおり、全固体リチウム二次電池は、耐熱性に優れるのみならず薄型化又は小型化にも適するものである。そして、薄型化又は小型化の全固体リチウム二次電池は薄型の固体電解質層（例えば固体電解質薄膜）を備えることになるが、かかる薄型の固体電解質層は等価回路における寄生容量成分の静電容量が大きいという特性を有し、この寄生容量成分がバイパスコンデンサとして機能する程十分な静電容量を有しうる。

図１に負荷（ＩＣ）に接続された全固体リチウム二次電池の等価回路の典型例が示される。図１に示される等価回路において、Ｃ₋及びＲ₋は固体電解質層と負極層との界面に起因する静電容量及び抵抗を意味し、Ｃ_ｓｅ及びＲ_ｓｅは固体電解質層に起因する静電容量及び抵抗を意味し、Ｃ_＋及びＲ_＋は固体電解質層と正極層との界面に起因する静電容量及び抵抗を表す。また、Ｖ_ＯＣは開放電圧を、Ｒ_ＨＦは端子抵抗を、Ｗは拡散抵抗を表す。そして、図１に示される等価回路において、図２（ｂ）に示されるパルス電流に代表されるようなＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して、全固体リチウム電池（典型的には全固体チップ電池）が応答する電流波形のイメージは図２（ａ）に示されるようなものとなり、この挙動はバイパスコンデンサ機能を呈することを示唆するといえる。特に、全固体リチウム二次電池が負荷（ＩＣ）と密接に関わった形態であることで端子抵抗Ｒ_ＨＦが小さくなり、その結果、図２（ａ）に示される過渡電流の初期値Ｖ_ｏｃ／Ｒ_ＨＦが高くなる。そして、１／Ｃ＝（１／Ｃ₋）＋（１／Ｃ_ｓｅ）＋（１／Ｃ_＋）で計算されるＣが大きい程、過渡電流を長い時間流すことができる。通常、全固体リチウム二次電池は満充電状態で動作し、動作後はＩＣのパルス電流が小さくなり次第、トリクル充電で満充電に回復することができる。かかるバイパスコンデンサ機能を呈することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源の安定化を図ることができる。

したがって、本発明の好ましい態様によれば、固体電解質層、固体電解質層と負極層との界面、及び固体電解質層と正極層との界面は、全体として、全固体リチウム二次電池をバイパスコンデンサとして機能させるに足る静電容量を有し、該静電容量が電源を含む等価回路における寄生容量に由来する。なお、ＩＣの直近（例えば１ｃｍ未満の距離）に配置するバイパスコンデンサとして好ましい静電容量は０．００１μＦ〜０．１μＦであり、より好ましくは０．００５μＦ〜０．０５μＦである。

ＩＣ用電源を構成する全固体リチウム二次電池の構成の詳細については「Ｂ．全固体リチウム二次電池」のセクションで後述するが、バイパスコンデンサとして機能できる点以外の利点としては以下のものが挙げられる：
‐固体電解質層の優れた耐熱性により、電池の高温動作（例えば約１２０℃）が可能となり、その結果、発熱体でもあるＩＣの直近に電池を配置することができる。
‐高エネルギー密度の電池であるため、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＴＣ等のためのバックアップ電源として機能することができる。
‐低リークである（すなわち漏れ電流が生じにくい）ため、エネルギーハーベスティング等の不安定な電源供給状態においても電池容量を長時間維持することができる。

上述したようなＩＣ用電源（すなわち全固体リチウム二次電池）の利点（バイパスコンデンサとして機能可能な点及び所望によりその他の上記利点を含む）を最大限に活かした各種の好ましい態様について以下に説明する。

本発明の好ましい態様によれば、図３に模式的に示されるように、ＩＣチップ４がそれに対応する電源１０とともに包装部材６で包装され、それにより二次電池内蔵ＩＣパッケージ８の形態をなす。すなわち、上述のとおり全固体リチウム二次電池１０はＩＣチップ４の直近に実装されることから、二次電池１０をＩＣパッケージ８に内蔵させることができる。また、ＩＣ用電源１０はそれ自体でバイパスコンデンサとしても機能しうることから、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８はＩＣチップ４の外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まないのが好ましい。より好ましくは、二次電池内蔵ＩＣパッケージ８はバイパスコンデンサを含まない。好ましくは、ＩＣパッケージ８はプリント配線板２を含み、プリント配線板２上にＩＣチップ４及びＩＣ用電源１０が順に実装される。この場合、ＩＣチップ４及びＩＣ用電源１０はボンディングワイヤー５によってプリント配線板２にそれぞれ接続されるのが好ましく、このＩＣパッケージ８（特にプリント配線板２）がバンプ９を介してさらに大規模の別のプリント配線板２’に実装されうる。すなわち、バンプ９によってプリント配線板２，２’間が電気的に接続される。このようなパッケージ例としてはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。

本発明の別の好ましい態様によれば、図４及び６に模式的に示されるように、全固体リチウム二次電池１０がプリント配線板２又は２’の内層としてＩＣチップ４の直下に組み込まれている。また、ＩＣ用電源１０はそれ自体でバイパスコンデンサとしても機能しうることから、二次電池内蔵ＩＣ基板１はＩＣチップ４の外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まないのが好ましい。より好ましくは、二次電池内蔵ＩＣ基板１はバイパスコンデンサを含まない。図４及び６に示されるように、ＩＣチップ４はボンディングワイヤー５によってプリント配線板２に接続されるのが好ましく、このプリント配線板２を含むＩＣパッケージ８’又は８’’’がバンプ９を介してさらに大規模の別のプリント配線板２’に実装されうる。すなわち、バンプ９によってプリント配線板２，２’間が電気的に接続される。このようなパッケージ例としてはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。

二次電池搭載ＩＣ基板に搭載される電池制御手段の例として、ＢＭＵ（バッテリー・マネジメント・ユニット）が挙げられる。典型的なＢＭＵは、二次電池の充放電（外部電源による充電と負荷への放電）を制御し、かつ、過充電保護や過放電保護の機能を有するものであり、それ故、以下の用途及び利点が考えられる。
１）負荷への定常的な電力供給を行う用途：市販のリチウム電池制御ＩＣでユーザーが電池を使いこなせる。この用途の例としては、図７に示されるような外部電源が挙げられる。
２）過渡的な電力供給制御を伴う用途：例えばチップコンデンサ電源の代替用途である。この場合、クロックに応じて電流が急激に変化するシステム動作シーケンスと電池特性を両立させることができる。この用途の好ましい例としては、図７に示されるようなオンボードマイコン（Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）電源が挙げられる。

この点、本発明のＩＣ用電源はＩＣの直近に実装できることから上記用途２）に用いられるのが特に好ましい。

したがって、好ましい電池制御手段（典型的にはＢＭＵ）は、ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して全固体リチウム二次電池からピーク電流をＩＣに供給させ、かつ、高負荷動作の終了後、全固体リチウム二次電池を充電させるものである。このように、ＩＣ用電源がバイパスコンデンサとしても機能することで、図２（ｃ）に示されるようにＩＣ動作電圧Ｖ_ＩＣの電源電圧降下が抑制され、ＩＣ用電源の更なる安定化を図ることができる。

図８に、電池制御手段を含むシステムの全体構成が模式的に示される。図８に示されるシステムは、外部電源１００と、電池制御手段１０２と、全固体リチウム二次電池１０と、所望により設けられるＤＣ／ＤＣコンバータ１０８と、ＩＣ１１０とを備える。電池制御手段１０２は、外部電源１００と全固体リチウム二次電池１０との間に設けられ、チャージャー兼プロテクトＩＣ１０４及びスイッチ１０６を備える。二次電池１０はスイッチ１０６を介して電池制御手段１０２に接続する一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８を介して又は介さずにＩＣ１１０に電力を供給可能に接続される。スイッチ１０６はチャージャー兼プロテクトＩＣ１０４による制御のもと、所望のタイミングで、例えば外部電源１００から所望の電圧が検出された時のみＯＮとすることができ、それにより二次電池１０に電流を供給して充電を行うことができる。特に、電池制御手段１０２は、二次電池１０の充電をＩＣ１１０の高負荷電流時を外してＩＣのスリープ状態時に行うように充放電タイミングを制御するのが好ましく（充放電シーケンス制御）、こうすることでＩＣ１１０の高負荷動作と二次電池１０の充電とを互いに阻害しあうことなく高効率で行うことができる。外部電源１００は、通常の外部充電用電源であってもよいし、太陽電池（ＰＶ）やエネルギーハーベスティング（ＥＨ）であることもできる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０８の前段にＤＣ／ＤＣコンバータ１０８の入力電圧低下を検出する回路保護ＩＣを挿入してもよい。ＩＣ１１０としては、低電圧でパルス電流の動作を必要とするＩＣが特に好ましく、そのような例としてはＩｏＴモジュールや環境センサ用のＩＣが挙げられる。

Ａ４．急速充放電用途
全固体リチウム電池は、典型的には、１２０℃までの高温下で動作することができる。この優れた耐熱性を活かして全固体リチウム二次電池の急速充放電をより積極的に実現することができる。すなわち、全固体リチウム電池の等価回路における拡散抵抗を除いた内部インピーダンス成分は、図９に示されるようにアレニウスの式に則るため、高温になる程電池の内部インピーダンスは小さくなる。なお、参考のため、図１０に図９に示されるアレニウスプロットを得るために測定された電圧−容量特性を、図１１に図９に対応する温度（０℃、２５℃、４０℃及び６０℃）と抵抗の関係をプロットしたグラフを示す。例えば、３μｍ厚のＬｉＰＯＮ固体電解質層を備えた全固体リチウム二次電池において実測した内部インピーダンスは、図１１に示されるように単位面積あたりの面抵抗で表すと、室温２５℃では３８７Ω・ｃｍ^２であるのに対し、４０℃では１６６Ω・ｃｍ^２、６０℃では６３Ω・ｃｍ^２と低くなる。したがって、この特性を積極的に利用すべく、電池の温度を監視するモニタリング手段を電池に設けることで、
ｉ）ＩＣ動作直後の高熱状態に電池の充電シーケンスを設定することで急速充電を行うこと、及び
ｉｉ）抵抗配線等を利用したヒータ機能を設けることにより意図的に電池を加熱し、電池の急速充電又は高い出力電流による放電を行うこと
が可能となる。特に、上記ｉｉ）の機能は、全固体リチウム二次電池の寄生バイパスコンデンサによる瞬間的な出力電流に加え、「電池」としての高レート放電電流を出力することで、ＩＣの電源電圧をより一層安定化させることが可能となる。

同様の考え方は、全固体リチウム二次電池のみならず、イオン液体を電解液として用いたリチウムイオン二次電池にも適用することができる。これは、イオン液体を電解液として用いたリチウムイオン二次電池においても、図１２に示されるようなアレニウスの式に則ったアレニウスプロットが得られるからである。このようなリチウムイオン二次電池において、単位面積当たりの面抵抗で表した、等価回路における拡散抵抗を除いた内部インピーダンスは、室温２５℃では１０Ω・ｃｍ^２であるのに対し、４５℃で６Ω・ｃｍ^２、６０℃で４Ω・ｃｍ^２と低くなる。すなわち、この特性を積極的に利用すべく、電池の温度を監視するモニタリング手段を電池に設けることで、上記ｉ）及びｉｉ）が可能となる。

したがって、上記ｉ）に対応する好ましい態様によれば、ＩＣ用電源として用いられる、全固体リチウム二次電池、又はイオン液体を電解液とした含むリチウムイオン二次電池の充電を促進する方法であって、全固体リチウム二次電池又はリチウムイオン二次電池の充電を、ＩＣ動作直後の高熱状態において専ら選択的に行い、それにより充電を促進することを含む、方法が提供される。また、上記ｉｉ）に対応する好ましい態様によれば、ＩＣ用電源として用いられる、全固体リチウム二次電池、又はイオン液体を電解液とした含むリチウムイオン二次電池の充電及び放電を促進する方法であって、ＩＣを伴う回路に組み込まれたヒータ又は抵抗配線を用いて二次電池を意図的に加熱し、それにより充電及び放電を促進することを含む、方法が提供される。

＜急速充放電に適した二次電池内蔵ＩＣパッケージ＞
上述したような急速充放電のためのＩＣ用電源の加熱は、ａ）ＩＣチップの作動時におけるＩＣ用電源の内部抵抗に起因する発熱、及び／又はｂ）ＩＣチップの作動時にＩＣチップで発生する熱を用いて行うのが好ましい。こうすることでヒータ等の加熱手段を別途設けることなくＩＣチップの排熱を有効活用してＩＣ用電源を加熱して、電池の面抵抗を低減することができる。したがって、急速充放電の実現は勿論のこと、部品点数を減らすことができ、その結果、ＩＣ製品の小型化及び低コスト化にも寄与する。上記ａ）及びｂ）のいずれにおいても、発生した熱がＩＣ用電源に直接的又は間接的に伝達されて、ＩＣ用電源が急速充放電に適した所定の作動温度に加熱又は保持されればよい。このような手法は、以下に説明されるように、プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージ（すなわち二次電池内蔵ＩＣパッケージ）において望ましく実現することができる。これは、熱源（ＩＣチップやＩＣ用電源）を収容するＩＣパッケージ自体の断熱性（例えば包装部材及び／又はプリント配線板の断熱性）により、ＩＣパッケージ内で発生した熱の放出を抑制しやすいからである。

ところで、初期動作時においてＩＣ用電源は十分に加熱されてない状態を経ることになるが、図８に示される等価回路からも理解されるように、初期動作時においてＩＣ用電源は過渡現象による瞬間的な高出力電流を流すことができ、そうしている間にＩＣチップ４が作動して熱を発し、その熱がＩＣ用電源に伝達されて、ＩＣ用電源が急速充放電に適した所定の作動温度に加熱されることができる。同時に、ＩＣチップの作動時におけるＩＣ用電源の内部抵抗に起因する発熱によってもＩＣ用電源は加熱されることができる。したがって、初期動作時から定常動作時に至るまでの全プロセスにおいて、ＩＣ用電源の内部インピーダンスを常に低く抑えることができ、結果として常時高レートの電流を供給することができるといえる。

ＩＣ用電源が全固体リチウム二次電池である場合、二次電池内蔵ＩＣパッケージが、ａ）ＩＣチップの作動時にＩＣ用電源の内部抵抗に起因する発熱により、又はｂ）ＩＣチップの作動時にＩＣチップで発生した熱をＩＣ用電源に伝達して、ＩＣ用電源の作動温度を４０〜１２０℃（望ましくは６０〜１２０℃）に加熱又は保持する機能を有するのが好ましい。前述のとおり、例えば、３μｍ厚のＬｉＰＯＮ固体電解質層を備えた全固体リチウム二次電池において実測した内部インピーダンスは、図１１に示されるように単位面積あたりの面抵抗で表すと、室温２５℃では３８７Ω・ｃｍ^２であるのに対し、４０℃では１６６Ω・ｃｍ^２、６０℃では６３Ω・ｃｍ^２と低くなる。したがって、全固体リチウム二次電池の作動温度を４０〜１２０℃（望ましくは６０〜１２０℃）にすることで格段に優れた急速充放電が可能となる。

したがって、ＩＣ用電源が全固体リチウム二次電池である場合、本発明の好ましい態様によれば、プリント配線板、ＩＣチップ、及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージを供する工程と、ＩＣチップの作動時にＩＣ用電源の内部抵抗に起因する発熱により、ＩＣ用電源の作動温度を４０〜１２０℃（望ましくは６０〜１２０℃）に加熱又は保持する工程とを含む、ＩＣチップ及びＩＣ用電源の使用方法が提供される。あるいは、本発明の別の好ましい態様によれば、プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージを供する工程と、ＩＣチップの作動時にＩＣチップで発生した熱をＩＣ用電源に伝達して、ＩＣ用電源の作動温度を４０〜１２０℃（望ましくは６０〜１２０℃）に加熱又は保持する工程とを含む、ＩＣチップ及びＩＣ用電源の使用方法が提供される。

ＩＣ用電源が、イオン液体を電解液として含むリチウムイオン二次電池（以下、イオン液体系リチウムイオン二次電池という）である場合、二次電池内蔵ＩＣパッケージが、ａ）ＩＣチップの作動時にＩＣ用電源の内部抵抗に起因する発熱により、又はｂ）ＩＣチップの作動時にＩＣチップで発生した熱をＩＣ用電源に伝達して、ＩＣ用電源の作動温度を４０〜８５℃に加熱又は保持する機能を有するのが好ましい。前述のとおり、例えば、イオン液体系リチウムイオン二次電池において、単位面積当たりの面抵抗で表した、等価回路における拡散抵抗を除いた内部インピーダンスは、室温２５℃では１０Ω・ｃｍ^２であるのに対し、４５℃で６Ω・ｃｍ^２、６０℃で４Ω・ｃｍ^２と低くなる。したがって、イオン液体系リチウムイオン二次電池の作動温度を４０〜８５℃にすることで格段に優れた急速充放電が可能となる。

したがって、ＩＣ用電源がイオン液体系リチウムイオン二次電池である場合、本発明の好ましい態様によれば、プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージを供する工程と、ＩＣチップの作動時にＩＣ用電源の内部抵抗に起因する発熱により、ＩＣ用電源の作動温度を４０〜８５℃に加熱又は保持する工程とを含む、ＩＣチップ及びＩＣ用電源の使用方法が提供される。あるいは、本発明の別の好ましい態様によれば、プリント配線板、ＩＣチップ及びＩＣ用電源を備えたＩＣパッケージを供する工程と、ＩＣチップの作動時にＩＣチップで発生した熱をＩＣ用電源に伝達して、ＩＣ用電源の作動温度を４０〜８５℃に加熱又は保持する工程とを含む、ＩＣチップ及びＩＣ用電源の使用方法が提供される。

ＩＣ用電源が全固体リチウム二次電池及びイオン液体系リチウムイオン二次電池のいずれの場合においても、ＩＣ用電源の上記作動温度への加熱又は保持は、熱源（ＩＣチップやＩＣ用電源）を収容するＩＣパッケージ自体の断熱性（例えば包装部材及び／又はプリント配線板の断熱性）により実現されるのが好ましい。したがって、包装部材及び／又はプリント配線板は断熱性の高いものが好ましい。そのような包装部材（すなわち断熱部材）の好ましい構成材料の例としては、マトリックス樹脂としてエポキシ樹脂を含み、充填材としてシリカフィラーを含む樹脂組成物が挙げられる。また、そのようなプリント配線板の好ましい構成材料（絶縁材料）の例としては、ガラスエポキシ（ＦＲ−４）が挙げられる。

ＩＣ用電源が全固体リチウム二次電池及びイオン液体系リチウムイオン二次電池のいずれの場合においても、後に詳述する図１３及び１４に示されるように、ＩＣパッケージ８’’’’，８’’’’’においてＩＣチップ４とＩＣ用電源１０とが熱伝導性導電部材７で電気的に接続されており、ＩＣチップ４の作動時にＩＣチップ４で発生した熱Ｈが、熱伝導性導電部材７を介してＩＣ用電源１０に伝達されるのが好ましい。熱伝導性導電部材７はグランドプレーンであるのが好ましい。グランドプレーンは図１３及び１４に熱伝導性導電部材７として示されるように抵抗を有意に下げるべく各種電子部品に広い接触面積で接続されるのが一般的であるため、ＩＣチップ４で発生した熱Ｈを効率良くＩＣ用電源１０に伝達することができる、すなわち優れた伝熱パスを提供することができる。したがって、熱伝導性導電部材７ないしグランドプレーンは熱伝導率が高い導電材料で構成されるのが好ましく、そのような材料の好ましい例としては銅箔が挙げられる。

図１３に、ＩＣ用電源がプリント配線板のＩＣチップと同一面上に実装された構成の、急速充放電に適したＩＣパッケージの一例が示される。図１３に示される二次電池内蔵ＩＣパッケージ８’’’’は、ＩＣチップ４とＩＣ用電源１０がプリント配線板２の同一面上に実装され、かつ、ＩＣチップ４及びＩＣ用電源１０が断熱部材６’で包装され、それによりＩＣチップ４及びＩＣ用電源１０からの放熱が抑制される。図１３において、ＩＣチップ４は信号配線３ａを介してプリント配線板２に実装される一方、ＩＣ用電源１０が電源配線３ｂを介してプリント配線板２に実装される。このプリント配線板２を含むＩＣパッケージ８’’’’がバンプ９を介してさらに大規模の別のプリント配線板２’に実装されうる。すなわち、バンプ９によってプリント配線板２，２’間が電気的に接続される。このようなパッケージ例としてはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。前述のとおり、ＩＣチップ４とＩＣ用電源１０とが熱伝導性導電部材７としてのグランドプレーンを介して接続され、このグランドプレーンが伝熱パスとなる。こうしてＩＣチップ４で発生した熱Ｈは効率良くＩＣ用電源１０へと伝達される。こうして伝達された熱を利用してＩＣ用電源１０を上述の作動温度に加熱又は保持される。このような観点から、ＩＣチップ４及びＩＣ用電源１０を包装する断熱部材６’は断熱性の高い材料で構成されるのが好ましく、そのような材料の例としては、マトリックス樹脂としてエポキシ樹脂を含み、充填材としてシリカフィラーを含む樹脂組成物が挙げられる。図１３に示される構成は、ＩＣ用電源１０とＩＣチップ４が同一面上に実装されているので、それらが同じ断熱部材６’で包装できる、すなわち簡素な構成かつ低コストで急速充放電に適した二次電池内蔵ＩＣパッケージを提供できるとの利点がある。

図１４に、ＩＣ用電源がＩＣチップの直下のプリント配線板の内層として実装された構成の、急速充放電に適したＩＣパッケージの一例が示される。図１４に示される二次電池内蔵ＩＣパッケージ８’’’’’は、ＩＣ用電源１０がプリント配線板２の内層としてＩＣチップ４の直下に組み込まれており、プリント配線板２の有する断熱性によりＩＣ用電源１０からの放熱が抑制される。図１４において、ＩＣチップ４は信号配線３ａ及び所望により貫通ビア３ｃを介してプリント配線板２に実装される一方、ＩＣ用電源１０が熱伝導性導電部材７としてのグランドプレーンを介してプリント配線板２に実装される。このプリント配線板２を含むＩＣパッケージ８’’’’’がバンプ９を介してさらに大規模の別のプリント配線板２’に実装されうる。すなわち、バンプ９によってプリント配線板２，２’間が電気的に接続される。このようなパッケージ例としてはＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。前述のとおり、ＩＣチップ４とＩＣ用電源１０とが熱伝導性導電部材７’としてのグランドプレーンを介して接続され、このグランドプレーンが伝熱パスとなる。こうしてＩＣチップ４で発生した熱Ｈは効率良くＩＣ用電源１０へと伝達される。こうして伝達された熱を利用してＩＣ用電源１０を上述の作動温度に加熱又は保持される。このような観点から、ＩＣ用電源１０が内層として組み込まれるプリント配線板２は絶縁材料として断熱性の高い材料を含むのが好ましく、そのような材料（絶縁材料）の例としては、ガラスエポキシ（ＦＲ−４）が挙げられる。図１４に示される構成は、ＩＣ用電源１０がプリント配線板２の内層としてＩＣチップ４の直下に組み込まれている、すなわちＩＣ用電源１０とＩＣチップ４は縦方向に異なる高さに配置される。このため、ＩＣ用電源１０とＩＣチップ４を互いに異なる材料で包装することができる。したがって、ＩＣ用電源１０を断熱性の高い材料を含むプリント配線板２内に組み込む一方、ＩＣチップ４をＩＣ特性に応じた所望の特性の包装部材６で包装することができる、すなわちＩＣチップ４とＩＣ用電源１０の各々に対して放熱性／断熱性に関してよりカスタマイズされた高性能な二次電池内蔵ＩＣパッケージを提供できるとの利点がある。この場合、ＩＣチップ４を包装する包装部材６はＩＣ特性に応じた特性を有するように自由に設計することができ、必ずしも断熱性を有しなくてもよく、放熱性がむしろ重視される一般的なＩＣパッケージのように放熱性を高めるように設計してもよい。例えば、ＩＣチップ４を包装する包装部材６の好ましい構成材料は、ＩＣ特性に応じて充填材として熱伝導率の高いフィラー（例えばアルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等）を含む組成物であることができる。

なお、図１３及び１４を参照しつつ説明される上述の好適態様は、ＩＣ用電源が全固体リチウム二次電池及びイオン液体系リチウムイオン二次電池のいずれの場合にも適用可能であるのはいうまでもない。

Ｂ．全固体リチウム二次電池
全固体リチウム二次電池は特に限定されないが、前述したとおり、バイパスコンデンサとしての挙動を呈するものであるのが好ましい。図１５に、全固体リチウム二次電池の一例を模式的に示す。図１５に示されるように、全固体リチウム二次電池１０は、正極層１４、固体電解質層１６及び負極層２０を備える。正極層１４は正極活物質１２として層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物を含むのが好ましい。固体電解質層１６がリチウムイオン伝導材料を含むのが好ましい。負極層２０は負極活物質１８としてリチウムを含むのが好ましい。そして、特許文献４（国際公開第２０１５／１７０５４５号）にも開示されるように、全固体リチウム二次電池によれば、容量及びエネルギー密度の高い電池性能を実現することができる。したがって、比較的薄型ないし小型でありながらも、高い容量と高いエネルギー密度を有する安全性が高い全固体電池を実現することができる。具体的には、全固体リチウム二次電池１０の厚さは１０〜５０００μｍであるのが好ましく、より好ましくは１０〜１０００μｍ、さらに好ましくは１０〜５００μｍ、特に好ましくは１００〜５００μｍである。また、全固体リチウム二次電池１０の縦及び横の寸法は１〜５０ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは１〜２０ｍｍ、さらに好ましくは１〜１０ｍｍ、特に好ましくは３〜７ｍｍである。全固体リチウム二次電池は、１０〜７００Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有するのが好ましく、より好ましくは１００〜７００Ｗｈ／Ｌである。

そして、このような比較的薄型ないし小型でありながらも高容量及び高エネルギー密度を実現可能な全固体リチウム二次電池１０は、今まで全固体電池の実際の応用が困難であった又は想定されてこなかった各種の用途において有利に応用可能となる。これは、高容量及び高エネルギー密度（これらは薄型化又は小型化につながる）に加えて、高い安全性（可燃性の電解液を使用しないことによる）、高い耐熱性（例えば８０℃以上でも作動可能）、長寿命（高温環境下で劣化する電解液を使用しないことによる）といった各種有利な特性が実現可能なためである。また、そのような単位電池を積層させたスタック構造の全固体電池とすれば高電圧の電池も構成可能である。そして、これらの全固体リチウム二次電池の利点を最大限に活かして、前述したようなＩＣ（集積回路）とより密接に関わった様々な形態の新たな用途が提供できるのは、前述したとおりである。

（１）正極活物質
正極層１４は正極活物質１２として層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物を含むのが好ましい。すなわち、正極活物質１２に含まれる粒子が、層状岩塩構造を有するリチウム遷移金属酸化物で構成されるのが好ましい。層状岩塩構造は、リチウムイオンの吸蔵により酸化還元電位が低下し、リチウムイオンの脱離により酸化還元電位が上昇する性質があり、好ましく、中でもＮｉを多く含む組成は特に好ましい。ここで、層状岩塩構造とは、リチウム以外の遷移金属系層とリチウム層とが酸素原子の層を挟んで交互に積層された結晶構造、すなわち、リチウム以外の遷移金属等のイオン層とリチウムイオン層とが酸化物イオンを挟んで交互に積層された結晶構造（典型的にはα−ＮａＦｅＯ_２型構造：立方晶岩塩型構造の［１１１］軸方向に遷移金属とリチウムとが規則配列した構造）をいう。層状岩塩構造を有するリチウム−遷移金属系複合酸化物の典型例としては、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル・マンガン酸リチウム、ニッケル・コバルト酸リチウム、コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム、コバルト・マンガン酸リチウム等が挙げられ、これらの材料に、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｂａ，Ｂｉ等の元素が１種以上更に含まれていてもよい。特に好ましいリチウム複合酸化物はコバルト酸リチウムである。

正極活物質１２は複数のリチウム遷移金属酸化物粒子からなる配向多結晶体（配向焼結体）で構成される配向正極板であるのが好ましい。この場合、正極活物質１２を構成する配向正極板（配向多結晶体）は、無配向正極板（無配向多結晶体）よりも、厚くするのに適している。配向正極板の厚さは、単位面積当りの活物質容量を高くする観点から、５μｍ以上が好ましく、より好ましくは１０μｍ以上であり、さらに好ましくは２５μｍ以上である。厚さの上限値は特に限定されないが、現実的には５００μｍ以下、より現実的には２００μｍ以下、さらに現実的には１００μｍ以下といえる。また、正極活物質１２で構成される配向正極板の縦及び横の寸法は１〜５０ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは１〜２０ｍｍ、さらに好ましくは１〜１０ｍｍ、特に好ましくは３〜７ｍｍである。

なお、１枚の配向正極板で正極活物質１２を構成してもよいし、配向正極板を分割して得られた複数個の小片を層状に配列させて正極活物質１２を構成してもよい。

配向正極板を構成するリチウム遷移金属酸化物粒子は、厚さが２〜１００μｍ程度の板状に形成された粒子が好ましい。特に、（００３）面が正極層１４から負極層２０に向かう方向に配向されていることが好ましい。これにより、リチウムイオンの正極活物質１２に対する脱挿入の際の抵抗にならず、高入力時（充電時）に、多くのリチウムイオンを放出することができ、高出力時（放電時）に、多くのリチウムイオンを受け入れることができる。（００３）面以外の例えば（１０１）面や（１０４）面は、正極活物質１２の板面に沿うように配向させてもよい。上述の粒子や配向正極板の詳細については、特許文献４（国際公開第２０１５／１７０５４５号）を参照することができ、この文献の開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。

あるいは、配向正極板に含まれる複数のリチウム遷移金属酸化物粒子（以下、結晶粒という）は、（００３）面が配向正極板の板面に対して平行に配向しているものであってもよい。この場合、配向正極板に含まれる結晶粒の全て平行である必要はないが、それらの大部分が平行であるのが好ましい。ここで、本明細書において「平行」とは完全な平行（すなわち０度）に限られるものではなく、略平行ともいうべき平行に準ずる角度も包含するものであり、典型的には板面と（００３）面がなす角度が３０度以内、より典型的には２５度以内、さらに典型的には２０度以内、特に典型的には１５度以内、特に典型的には１０度以内、最も典型的には５度以内を意味するものとする。層状岩塩構造のリチウム複合酸化物は、リチウムイオンが抜けるのに伴い、層間距離が広がる性質がある。したがって、正極活物質１２で構成される配向正極板は、（００３）面が板面と平行となることで、リチウムイオンが抜けることに伴う配向正極板の面方向の膨張が小さくなる。このため、充放電時における配向正極板の膨張収縮による固体電解質層１６への引張応力が低減され、固体電解質層１６の破損や剥がれ、クラック発生等による電気的なショートや抵抗増加を防止することができ、サイクル特性の向上につながる。配向正極板に含まれる個々の結晶粒の配向方位は電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）により解析することができる。結晶粒（一次粒子）の配向角度の平均値（以下、「平均配向角度」という）は、０°超３０°以下である。結晶粒ないし一次粒子の平均配向角度は、配向正極板の断面におけるＥＢＳＤ像において、後述の方法で選択した３０個程度の一次粒子の配向角度を算術平均することによって得られる。一次粒子の平均配向角度は、レート特性をより向上させることを考慮すると、３０°以下が好ましく、２５°以下がより好ましい。一次粒子の平均配向角度は、同様にレート特性を考慮すると、２°以上が好ましく、５°以上がより好ましい。ここで、平均配向度の算出に用いる一次粒子は、正極板断面におけるＥＢＳＤ像において、像内に３０個程度の一次粒子が含まれるような観察倍率を設定したときに、像内に一次粒子の外周が完全に含まれる、全ての粒子とする。なお、最大フェレー径が０．５μｍ未満の一次粒子は算入しないものとする。好ましくは、配向正極板の断面を電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）により解析した場合に、解析された断面に含まれる結晶粒のうち板面に対する（００３）面の角度が０°超３０°以下である結晶粒の合計面積が、断面に含まれる結晶粒の総面積に対して７０％以上である。すなわち、ＥＢＳＤ像において、配向角度が０°超３０°以下である一次粒子（以下、「低角一次粒子」という。）の合計面積は、平均配向角度の算出に用いた一次粒子の総面積に対して７０％以上であることが好ましい。これによって、相互密着性の高い一次粒子の割合を増加させることができるため、レート特性をより向上させることができる。低角一次粒子の合計面積は、レート特性をより向上させることを考慮すると、平均配向角度の算出に用いた３０個程度の一次粒子の総面積に対して、７０％超がより好ましく、８０％以上がより好ましい。また、低角一次粒子のうち配向角度が２０°以下であるものの合計面積は、平均配向角度の算出に用いた３０個程度の一次粒子の総面積に対して５０％以上であることがより好ましい。さらに、低角一次粒子のうち配向角度が１０°以下であるものの合計面積は、平均配向角度の算出に用いた３０個の一次粒子の総面積に対して１５％以上であることがより好ましい。

（２）固体電解質層
固体電解質層１６を構成するリチウムイオン伝導材料は、ガーネット系セラミックス材料、窒化物系セラミックス材料、ペロブスカイト系セラミックス材料、リン酸系セラミックス材料、硫化物系セラミックス材料、又は高分子系材料で構成されるのが好ましく、より好ましくは、ガーネット系セラミックス材料、窒化物系セラミックス材料、ペロブスカイト系セラミックス材料、及びリン酸系セラミックス材料からなる群から選択される少なくとも一種である。ガーネット系セラミックス材料の例としては、Ｌｉ−Ｌａ−Ｚｒ−Ｏ系材料（具体的には、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２など）、Ｌｉ−Ｌａ−Ｔａ−Ｏ系材料（具体的には、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｔａ_２Ｏ_１２など）が挙げられる。窒化物系セラミックス材料の例としては、Ｌｉ_３Ｎが挙げられる。ペロブスカイト系セラミックス材料の例としては、Ｌｉ−Ｌａ−Ｔｉ−Ｏ系材料（具体的には、ＬｉＬａ_１−ｘＴｉ_ｘＯ_３（０．０４≦ｘ≦０．１４）など）が挙げられる。リン酸系セラミックス材料の例としては、リン酸リチウム、窒素置換リン酸リチウム（ＬｉＰＯＮ）、Ｌｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｐ−Ｏ，Ｌｉ−Ａｌ−Ｇｅ−Ｐ−Ｏ、及びＬｉ−Ａｌ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｐ−Ｏ（具体的には、Ｌｉ_{１＋ｘ＋ｙ}Ａｌ_ｘＴｉ_２−ｘＳｉ_ｙＰ_３−ｙＯ_１２（０≦ｘ≦０．４、０＜ｙ≦０．６）など）が挙げられる。

特に好ましいリチウムイオン伝導材料は、負極リチウムと直接接触しても反応が起きない点で、ガーネット系セラミックス材料である。とりわけ、Ｌｉ、Ｌａ、Ｚｒ及びＯを含んで構成されるガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造を有する酸化物焼結体が、焼結性に優れて緻密化しやすく、かつ、イオン伝導率も高いことから好ましい。この種の組成のガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造はＬＬＺ結晶構造と呼ばれ、ＣＳＤ（Cambridge Structural Database）のＸ線回折ファイルＮｏ．４２２２５９（Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２）に類似のＸＲＤパターンを有する。なお、Ｎｏ．４２２２５９と比較すると構成元素が異なり、またセラミックス中のＬｉ濃度などが異なる可能性があるため、回折角度や回折強度比が異なる場合もある。Ｌａに対するＬｉのモル数の比Ｌｉ／Ｌａは２．０以上２．５以下であることが好ましく、Ｌａに対するＺｒのモル比Ｚｒ／Ｌａは０．５以上０．６７以下であるのが好ましい。このガーネット型又はガーネット型類似の結晶構造はＮｂ及び／又はＴａをさらに含んで構成されるものであってもよい。すなわち、ＬＬＺのＺｒの一部がＮｂ及びＴａのいずれか一方又は双方で置換されることにより、置換前に比べて伝導率を向上させることができる。ＺｒのＮｂ及び／又はＴａによる置換量（モル比）は、（Ｎｂ＋Ｔａ）／Ｌａのモル比が０．０３以上０．２０以下となる量にすることが好ましい。また、このガーネット系酸化物焼結体はＡｌをさらに含んでいるのが好ましく、これらの元素は結晶格子に存在してもよいし、結晶格子以外に存在していてもよい。Ａｌの添加量は焼結体の０．０１〜１質量％とするのが好ましく、Ｌａに対するＡｌのモル比Ａｌ／Ｌａは、０．００８〜０．１２であるのが好ましい。このようなＬＬＺ系セラミックスの製造は、特許文献４（国際公開第２０１５／１７０５４５号）に記載されるような公知の手法に従って又はそれを適宜修正することにより行うことができ、これらの文献の開示内容は本明細書に参照により組み込まれる。

また、特に好ましい別のリチウムイオン伝導材料として、リン酸系セラミックス材料も挙げられ、中でも窒素置換リン酸リチウム（ＬｉＰＯＮ）が好ましい。ＬｉＰＯＮは、Ｌｉ_２．９ＰＯ_３．３Ｎ_０．４６の組成によって代表されるような化合物群であり、例えばＬｉ_ａＰＯ_ｂＮ_ｃ（式中、ａは２〜４、ｂは３〜５、ｃは０．１〜０．９である）で表される化合物群である。あるいは、特に好ましい更に別のリチウムイオン伝導材料として、Ｌｉ_３ＣｌＯも挙げられる。

全固体リチウム二次電池は特に限定されないが、前述したとおり、バイパスコンデンサとしての挙動を呈するものであるのが好ましい。すなわち、全固体リチウム二次電池自体が、バイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能なものであるのが好ましい。かかる観点から、固体電解質層１６を構成する材料の比誘電率ε_ｒが１０〜２０００であるのが好ましく、より好ましくは１０〜７００、さらに好ましくは１０〜２００である。固体電解質層１６の厚さは０．１〜２０μｍであるのが好ましく、より好ましくは１〜２０μｍ、さらに好ましくは１〜５μｍである。また、固体電解質層１６の縦及び横の寸法は１〜５０ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは１〜２０ｍｍ、さらに好ましくは１〜１０ｍｍ、特に好ましくは３〜７ｍｍである。

固体電解質層１６の形成方法としては、各種パーティクルジェットコーティング法、固相法、溶液法、気相法、直接接合（ダイレクトボンディング）法を用いることができる。パーティクルジェットコーティング法の例としては、エアロゾルデポジション（ＡＤ）法、ガスデポジション（ＧＤ）法、パウダージェットデポジション（ＰＪＤ）法、コールドスプレー（ＣＳ）法、溶射法等がある。中でも、エアロゾルデポジション（ＡＤ）法は、常温成膜が可能であることから、プロセス中の組成ズレや、正極板との反応による高抵抗層の形成がなく特に好ましい。固相法の例としては、テープ積層法、印刷法等がある。中でも、テープ積層法は固体電解質層１６を薄く形成することが可能であり、また、厚さの制御が容易であることから好ましい。溶液法の例としては、水熱合成法、ゾルゲル法、沈殿法、マイクロエマルション法、溶媒蒸発法等がある。これらの方法の中でも、水熱合成法は、低温で結晶性の高い結晶粒を得やすい点で特に好ましい。また、これらの方法を用いて合成した微結晶を、正極上に堆積させてもよいし、正極上に直接析出させてもよい。気相法の例としては、レーザー堆積（ＰＬＤ）法、スパッタ法、蒸発凝縮（ＰＶＤ）法、気相反応法（ＣＶＤ）法、真空蒸着法、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法等がある。この中でも、レーザー堆積（ＰＬＤ）法は組成ズレが少なく、比較的結晶性の高い膜を得られやすく特に好ましい。直接接合（ダイレクトボンディング）法は、予め形成した固体電解質層１６と正極活物質１２の各々の表面を化学的に活性な状態にして、低温で接合する方法である。界面の活性化については、プラズマ等を用いてもよいし、水酸基等の官能基の化学修飾を用いてもよい。

（３）負極活物質
負極活物質１８は、全固体リチウム電池に使用可能な公知各種の負極活物質であってよく、好ましくはリチウムを含む。負極活物質１８の好ましい例としては、リチウム金属、リチウム合金、炭素質材料、チタン酸リチウム（ＬＴＯ）等が挙げられる。好ましくは、負極活物質１８は、負極集電体２４（銅箔等）の上に、リチウム金属あるいはリチウムと合金化する金属の薄膜を真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等で形成して、リチウム金属あるいはリチウムと合金化する金属の層を形成することにより作製することができる。

負極活物質１８からなる層の厚さは、全固体リチウム二次電池１０におけるリチウム総量を多く確保する観点から、１μｍ以上が好ましい。また、負極活物質１８からなる層の縦及び横の寸法は１〜５０ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは１〜２０ｍｍ、さらに好ましくは１〜１０ｍｍ、特に好ましくは３〜７ｍｍである。

（４）集電体
正極層１４は、正極活物質１２と、該正極活物質１２の固体電解質層１６と反対側の端面に形成された正極集電体２２とを備えるのが好ましい。また、負極層２０は、負極活物質１８と、該負極活物質１８の固体電解質層１６と反対側の端面に形成された負極集電体２４とを備えるのが好ましい。正極集電体２２及び負極集電体２４を構成する材料の例としては、白金（Ｐｔ）、白金（Ｐｔ）／パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化膜）等が挙げられる。

（５）容器
容器２６は、単位電池又はそれを複数個直列若しくは並列に積層させたスタックを収容可能な容器であれば特に限定されない。特に、全固体リチウム二次電池１０は電解液の漏れの懸念が無いため、容器２６は比較的簡素な容器形態を採用可能である。例えば、電子回路に実装するためのチップ形態や、薄く幅広の空間用途のためのラミネートセル形態（例えばアルミニウム（Ａｌ）／ポリプロピレン（ＰＰ）の複層品）が採用可能である。

コバルト酸リチウム配向焼結板の製造方法
本発明の全固体リチウム電池に用いられる配向正極板ないし配向焼結板は、いかなる製法によって製造されてもよい。例えば、（００３）面が正極層１４から負極層２０に向かう方向に配向されている配向正極板の製造方法は既に知られており、特許文献４（国際公開第２０１５／１７０５４５号）を参照することができる。

一方、前述したような（００３）面が配向正極板の板面に対して平行に配向している配向焼結板は、好ましくは、以下に例示されるように、（１）ＬｉＣｏＯ_２テンプレート粒子の作製、（２）マトリックス粒子の作製、（３）グリーンシートの作製、及び（４）配向焼結板の作製を経て製造される。

（１）ＬｉＣｏＯ_２テンプレート粒子の作製
Ｃｏ_３Ｏ_４原料粉末とＬｉ_２ＣＯ_３原料粉末とを混合して焼成（５００〜９００℃、１〜２０時間）することによって、ＬｉＣｏＯ_２粉末を合成する。得られたＬｉＣｏＯ_２粉末をポットミルにて体積基準Ｄ５０粒径０．２μｍ〜１０μｍに粉砕することによって、板面と平行にリチウムイオンを伝導可能な板状のＬｉＣｏＯ_２粒子が得られる。このようなＬｉＣｏＯ_２粒子は、ＬｉＣｏＯ_２粉末スラリーを用いたグリーンシートを粒成長させた後に解砕する手法や、フラックス法や水熱合成、融液を用いた単結晶育成、ゾルゲル法など板状結晶を合成する手法によっても得ることができる。得られたＬｉＣｏＯ_２粒子は、劈開面に沿って劈開しやすい状態となっている。ＬｉＣｏＯ_２粒子を解砕によって劈開させることで、ＬｉＣｏＯ_２テンプレート粒子を作製する。

（２）マトリックス粒子の作製
Ｃｏ_３Ｏ_４原料粉末をマトリックス粒子として用いる。Ｃｏ_３Ｏ_４原料粉末の体積基準Ｄ５０粒径は特に制限されず、例えば０．１〜１．０μｍとすることができるが、ＬｉＣｏＯ_２テンプレート粒子の体積基準Ｄ５０粒径より小さいことが好ましい。このマトリックス粒子は、Ｃｏ（ＯＨ）_２原料を５００℃〜８００℃で１〜１０時間熱処理を行なうことによっても得ることができる。また、マトリックス粒子には、Ｃｏ_３Ｏ_４のほか、Ｃｏ（ＯＨ）_２粒子を用いてもよいし、ＬｉＣｏＯ_２粒子を用いてもよい。

（３）グリーンシートの作製
ＬｉＣｏＯ_２テンプレート粒子とマトリックス粒子を１００：３〜３：９７に混合した粉末と分散媒とバインダーと可塑剤と分散剤とを混合しながら、減圧下で撹拌して脱泡するとともに所望の粘度に調整することによってスラリーを調製する。次に、ＬｉＣｏＯ_２テンプレート粒子にせん断力を印加可能な成形手法を用いて、調製したスラリーを成形することによって、成形体を形成する。これによって、各一次粒子の平均配向角度を０°超３０°以下とすることができる。ＬｉＣｏＯ_２テンプレート粒子にせん断力を印加可能な成形手法としては、ドクターブレード法が好適である。ドクターブレード法を用いる場合には、調製したスラリーをＰＥＴフィルムの上に成形することによって、成形体としてのグリーンシートが形成される。

（４）配向焼結板の作製
スラリーの成形体をジルコニア製セッターに載置して加熱処理（５００℃〜９００℃、１〜１０時間）することによって、中間体としての焼結板を得る。次に、合成したリチウムシートをＬｉ／Ｃｏ比が１．０になるように、焼結板をリチウムシートで上下挟み込み、ジルコニアセッター上に載せる。次に、セッターをアルミナ鞘に入れ、大気中にて焼成（７００〜８５０℃、１〜２０時間）した後、焼結板をリチウムシートで上下挟み、さらに焼成（７５０〜９００℃、１〜４０時間）することによって、ＬｉＣｏＯ_２焼結板を得る。この焼成工程は、２度に分けて行ってもよいし、１度に行なってもよい。２度に分けて焼成する場合には、１度目の焼成温度が２度目の焼成温度より低いことが好ましい。

本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。

例Ａ１
図１５に示される構成の全固体リチウム二次電池１０を作製した。正極活物質１２として、層状岩塩構造を有し、組成がＬｉ（Ｎｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３）Ｏ_２（以下、ＮＣＭという）である、（００３）面が正極層１４から負極層２０に向かう方向に配向されている正極活物質シートを作製した。正極活物質シートの厚みは３０μｍとした。シート状の正極活物質１２の上に固体電解質層１６を形成した。固体電解質層１６を構成するリチウムイオン伝導材料としては、Ａｌが添加されたＬｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２（以下、ＬＬＺ−Ａｌという）からなるガーネット系の結晶構造を有するセラミックス材料を用いた。固体電解質層１６の厚みは１０μｍとした。負極活物質１８は、リチウム金属で構成し、厚みは１０μｍとした。なお、正極集電体２２を厚み１０μｍのアルミ箔にて構成し、負極集電体２４を厚み１０μｍの銅箔にて構成した。これらの構成要素からなる積層体を単位電池として得た。この単位電池をアルミニウム（Ａｌ）／ポリプロピレン（ＰＰ）の複層品でラミネート外装した。こうして得られた全固体電池を上面からみたサイズ（縦×横）は２０ｍｍ×３０ｍｍであり、全固体電池の厚みは０．２４ｍｍであった。

体積エネルギー密度を求めるに際し、上記作製した電池の充放電試験を実施した。１ｍＡの定電流充電に続いて、４．１Ｖの定電圧充電を実施した後、１ｍＡの定電流放電を電圧が３Ｖに達するまで実施した。その結果、放電容量（ｍＡｈ）は２０ｍＡｈであった。平均放電電圧を３．９Ｖとして、体積エネルギー密度を下記式（１）にて求めたところ、５４２Ｗｈ／Ｌであった。
（Ｅ×Ｃ）／Ｖ （１）
（式中、Ｅは電圧（＝３．９Ｖ）、Ｃは容量（ｍＡｈ）、Ｖは電池体積（ｃｍ^３）である。）

例Ａ２
例Ａ１で得られた単位電池を並列に積層して、容量１００ｍＡｈの電池を作製した。例Ａ１と同様にしてエネルギー密度を求めたところ、６５０Ｗｈ／Ｌであった。

例Ａ３
例Ａ１で得られた単位電池を並列に積層して、容量３００ｍＡｈの電池を作製した。例Ａ１と同様にしてエネルギー密度を求めたところ、７５０Ｗｈ／Ｌであった。

例Ａ４
固体電解質層１６を構成するリチウムイオン伝導材料をＬｉＰＯＮとし、固体電解質層１６の厚みを５μｍとし、それ以外の構成は例Ａ１と同様の単位電池を得た。この単位電池を例Ａ１と同様にラミネート外装した。こうして得られた全固体電池を上面からみたサイズ（縦×横）は２０ｍｍ×３０ｍｍであり、全固体電池の厚みは０．２４ｍｍであった。得られた全固体電池の体積エネルギー密度を例Ａ１と同様の方法で求めたところ、容量は２０ｍＡｈ、エネルギー密度は５４２Ｗｈ／Ｌであった。

例Ａ５
例Ａ４で得られた単位電池を並列に積層して、容量１００ｍＡｈの電池を作製した。例Ａ４と同様にしてエネルギー密度を求めたところ、６５０Ｗｈ／Ｌであった。

例Ａ６
例Ａ４で得られた単位電池を並列に積層して、容量３００ｍＡｈの電池を作製した。例Ａ１と同様にしてエネルギー密度を求めたところ、７５０Ｗｈ／Ｌであった。

結果
例Ａ１〜６で作製された電池のサイズ及び性能をまとめると以下のとおりである。

表２に示される電池のサイズ及び性能は、コンピュータ等の装置における揮発性メモリ用バックアップ電源を始めとする各種用途に極めて適したものである。参考のため、揮発性メモリ用バックアップ電源等の幾つかの用途において望まれるものと出願人が考える電池のサイズと性能が以下の表３に示される。揮発性メモリーバックアップ電源用途の場合、必要とされる電力供給時間に合わせて、揮発性メモリを実装した基板上又はその近傍に（例えば隣接して）複数個の全固体電池を揮発性メモリと接続して配置することもできる。表３に示される用途を包含する各種用途に本発明の全固体電池は極めて有望であることが分かる。

例Ｂ１〜Ｂ８
（１）ＬＣＯテンプレート粒子の作製
Ｃｏ_３Ｏ_４原料粉末（体積基準Ｄ５０粒径０．８μｍ、正同化学工業株式会社製）とＬｉ_２ＣＯ_３原料粉末（体積基準Ｄ５０粒径２．５μｍ、本荘ケミカル製）を混合し、８００℃〜９００℃で５時間焼成することでＬｉＣｏＯ_２原料粉末を合成した。この際、熱処理温度とＬｉ／Ｃｏ比を調整することによって、ＬｉＣｏＯ_２原料粉末の体積基準Ｄ５０粒径を表４に示すように調整した。

得られたＬｉＣｏＯ_２粉末を粉砕することによって板状ＬｉＣｏＯ_２粒子（ＬＣＯテンプレート粒子）を得た。例Ｂ１〜Ｂ２，Ｂ４〜Ｂ８ではポットミルを用い、例Ｂ３では湿式ジェットミルを用いた。この際、粉砕時間を調整することによって、ＬＣＯテンプレート粒子の体積基準Ｄ５０粒径を表４に示すように調整した。また、ＬｉＣｏＯ_２テンプレート粒子のアスペクト比は、表４に示すとおりであった。ＬｉＣｏＯ_２テンプレート粒子のアスペクト比は、粒子をＳＥＭ観察することで測定した。

（２）ＣｏＯマトリックス粒子の作製
Ｃｏ_３Ｏ_４原料粉末（正同化学工業株式会社製）をマトリックス粒子とした。マトリックス粒子の体積基準Ｄ５０粒径は、表４に示すとおりとした。ただし、例Ｂ４ではマトリックス粒子を用いなかった。

（３）グリーンシートの作製
ＬＣＯテンプレート粒子とＣｏＯマトリックス粒子を混合した。ＬＣＯテンプレート粒子とＣｏＯマトリックス粒子の重量比は、表４に示すとおりとした。ただし、例Ｂ４ではマトリックス粒子を用いなかったため、重量比は、１００：０である。

この混合粉末１００重量部と、分散媒（トルエン：イソプロパノール＝１：１）１００重量部と、バインダー（ポリビニルブチラール：品番ＢＭ−２、積水化学工業株式会社製）１０重量部と、可塑剤（ＤＯＰ：Ｄｉ（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）ｐｈｔｈａｌａｔｅ、黒金化成株式会社製）４重量部と、分散剤（製品名レオドールＳＰ−Ｏ３０、花王株式会社製）２重量部とを混合した。この混合物を、減圧下で撹拌することで脱泡するとともに粘度を４０００１００００ｃＰに調整することによってスラリーを調製した。なお、粘度は、ブルックフィールド社製ＬＶＴ型粘度計で測定した。

調製されたスラリーを、ドクターブレード法によって、ＰＥＴフィルムの上に、乾燥後の厚さが４０μｍとなるように、成形速度１００ｍ／ｈでシート状に成形してグリーンシートを得た。

（４）配向焼結板の作製
ＰＥＴフィルムから剥がしたグリーンシートをジルコニア製セッターに載置して一次焼成することによってＣｏ_３Ｏ_４焼結板を得た。表４に示すとおり、例Ｂ１〜Ｂ６，Ｂ８では焼成条件を９００℃、５時間とし、例Ｂ７では焼成条件を８００℃、５時間とした。

そして、合成したリチウムシートをＬｉ／Ｃｏ比が表４に示す比になるように、Ｃｏ_３Ｏ_４焼結板をリチウムシートで上下挟み込んだ状態で、ジルコニアセッター上に載せて二次焼成することによってＬｉＣｏＯ_２焼結板を得た。具体的には、ジルコニアセッターを９０ｍｍ角のアルミナ鞘に入れ、大気中にて８００℃で５時間保持した後、さらにリチウムシートで上下挟んで９００℃で２０時間焼成した。

（５）固体電解質層の作製
直径４インチ（約１０ｃｍ）のリン酸リチウム焼結体ターゲットを準備し、スパッタリング装置（キャノンアネルバ社製 ＳＰＦ−４３０Ｈ）を用いてＲＦマグネトロン方式にてガス種Ｎ_２を０．２Ｐａ、出力０．２ｋＷにて膜厚２μｍとなるようにスパッタリングを行なった。こうして、厚さ２μｍのＬｉＰＯＮ系固体電解質スパッタ膜をＬｉＣｏＯ_２焼結板上に形成した。

（６）リチウムイオン電池の作製
イオンスパッタリング装置（日本電子社製 ＪＦＣ−１５００）を用いたスパッタリングにより、固体電解質層上に厚さ５００ÅのＡｕ膜を形成した。

リチウム金属を載せたタングステンボートを準備した。真空蒸着装置（サンユー電子製、カーボンコーターＳＶＣ−７００）を用いて、抵抗加熱によりＬｉを蒸発させて上記中間層の表面に薄膜を設ける蒸着を行った。このとき、マスクを用いて負極層のサイズを９．５ｍｍ角として、負極層が１０ｍｍ角の正極領域内に収まるようにした。こうして、固体電解質層上に膜厚１０μｍのＬｉ蒸着膜を負極層として形成した単電池を作製した。

厚さ２０μｍのステンレス箔を１３ｍｍ角に切り出して正極集電板とした。また、外縁形状が１３ｍｍ角で、その内側に１１ｍｍ角の孔が打ち抜かれた、１ｍｍ幅の枠状の変性ポリプロピレン樹脂フィルム（厚さ１００μｍ）を用意した。この枠状の樹脂フィルムを正極集電板上の外周部に積層し、加熱圧着して端部封止部を形成した。正極集電板上の端部封止部で囲まれた領域内に上記単電池を載置した。載置した単電池の負極側にも上記同様に厚さ２０μｍのステンレス箔を載置し、端部封止部に対して荷重を加えながら、減圧下、２００℃で加熱した。こうして外周全体にわたって端部封止部と上下２枚のステンレス箔とを貼り合せて単電池を封止した。こうして、封止形態の全固体リチウム電池を得た。

（正極を構成する一次粒子の観察）
後方散乱電子回折像システム付の走査型電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ製ＦＥ−ＳＥＭ、ＳＵ５０００及びオックスフォード・インストゥルメンツ製ＥＢＳＤ検出器、ＮｏｒｄｌｙＮａｎｏ）を用いて、正極の板面に垂直な断面におけるＥＢＳＤ像を取得した。そして、ＥＢＳＤ像上において、前述の条件で選択した３０個程度の一次粒子の配向角度を算術平均することによって、一次粒子の平均配向角度を算出した。算出結果は表５に示すとおりであった。いずれの例においても、板面と（００３）面がなす角度が３０度以内、より典型的には２５度以内、さらに典型的には２０度以内、特に典型的には１５度以内、特に典型的には１０度以内、最も典型的には５度以内である複数の結晶粒（一次粒子）を含んでおり、（００３）面が配向正極板の板面に対して平行に配向している複数の結晶粒が含まれていることが確認された。

また、ＥＢＳＤ像において、平均配向角度の算出に用いた３０個程度の一次粒子の総面積に対する、配向角度が０°超３０°以下である一次粒子の合計面積の割合（％）を算出した。算出結果は表５に示すとおりであった。

（正極の緻密度）
ＣＰ研磨した正極の断面における１０００倍率のＳＥＭ画像を２値化した。そして、２値化画像上において、固相と気相の合計面積に対する固相の面積割合を緻密度として算出した。算出結果は表５に示すとおりであった。

（レート性能）
リチウムイオン電池を０．１［ｍＡ］定電流で４．２［Ｖ］まで充電した後、定電圧で電流が０．０５［ｍＡ］になるまで充電した。そして、０．２［ｍＡ］定電流で３．０［Ｖ］まで放電し、放電容量Ｗ０を測定した。また０．１［ｍＡ］定電流で４．２［Ｖ］まで充電した後、定電圧で電流が０．０５［ｍＡ］になるまで充電し、そして、２．０［ｍＡ］定電流で３．０［Ｖ］まで放電し、放電容量Ｗ１を測定した。Ｗ１をＷ０で除することでレート性能を評価した。

（サイクル容量維持率）
リチウムイオン電池を０．１［ｍＡ］定電流で４．２［Ｖ］まで充電した後、定電圧で電流が０．０５［ｍＡ］になるまで充電した。そして、０．２［ｍＡ］定電流で３．０［Ｖ］まで放電し、放電容量Ｗ０を測定した。この測定を３０回繰り返し、３０回目の放電容量Ｗ３０を測定した。Ｗ３０をＷ０で除することでサイクル容量維持率を評価した。

表５に示すように、板状のＬＣＯテンプレート粒子にせん断力を印加する成形手法で正極の成形体を形成した例Ｂ１〜Ｂ８では、一次粒子の（００３）面の傾斜角度を２５°以下にすることができたため、サイクル容量維持率だけでなくレート性能をも向上させることができた。

例Ｃ
前述したとおり、ＩＣの直近（例えば１ｃｍ未満の距離）に配置するバイパスコンデンサとして好ましい静電容量は０．００１μＦ〜０．１μＦであることが知られている。これを踏まえて、チップ型の全固体リチウム二次電池（固体電解質：ＬｉＰＯＮ、サイズ：１ｃｍ×１ｃｍ、電池容量：１０ｍＷｈ）に関する固体電解質の各種特性の数値範囲の検討を行った。

まず、上記チップ型二次電池において、固体電解質層と負極層との界面に起因する静電容量Ｃ₋、固体電解質層に起因する静電容量Ｃ_ｓｅ、及び固体電解質層と正極層との界面に起因する静電容量Ｃ_＋は以下のとおり：
Ｃ₋＝４．３×１０^−７Ｆ／ｃｍ^２、
Ｃ_ｓｅ＝２．４×１０^−８Ｆ／ｃｍ^２、及び
Ｃ_＋＝１．１×１０^−４Ｆ／ｃｍ^２
である。そして、これらの値を１／Ｃ＝（１／Ｃ₋）＋（１／Ｃ_ｓｅ）＋（１／Ｃ_＋）の式に代入して計算すると、Ｃ＝２×１０^−８Ｆ／ｃｍとなり、この値は概ねＣ_ｓｅで決定されることが分かる。一方、測定周波数１ＭＨｚにおいて、ＬｉＰＯＮの比誘電率ε_ｒは約８０であり、Ｌｉ_３ＣｌＯの比誘電率ε_ｒは約４５である。

そこで、ＩＣサイズを５ｍｍ×５ｍｍ平方、固体電解質層の厚さを３μｍで固定した場合、バイパスコンデンサとして好ましい静電容量の下限値である０．００１μＦについて、以下の関係：
０．００１μＦ＝１×１０^−９Ｆ＝ε_０ε_ｒ（Ｓ／ｄ）
（ただし、ＳはＩＣサイズの面積（２５×１０^−６ｍ^２）、ｄは固体電解質膜厚（３×１０^−６ｍ）、ε_０＝８．８５×１０^−１２Ｆ／ｍである）
が成立し、これに各値を代入して計算すると、固体電解質の比誘電率ε_ｒは１４となる。同様にして、バイパスコンデンサとして好ましい静電容量の上限値である０．１μＦについても計算すると、固体電解質の比誘電率ε_ｒは１４００となる。したがって、固体電解質の比誘電率ε_ｒとして好ましい範囲は１０〜２０００であるといえる。

一方、固体電解質層の厚さはＣに反比例となるため、その好ましい範囲は、
ｄ＝（８．８５×１０^−１２）×８０×［（２５×１０^−６）／（１×１０^−９）」
＝１．８×１０^−５（ｍ）＝１８（μｍ）
となり、約２０μｍとなる。なお、上記の８０なる値はＬｉＰＯＮの比誘電率ε_ｒである。したがって、固体電解質層の厚さの好ましい範囲は０．１〜２０μｍであるといえる。

例Ｄ１：高負荷ＩＣチップ用電源用途
チップ型全固体リチウム二次電池（以下、チップ電池という）の急速充放電用途の一例として、高負荷ＩＣチップ用電源用途が挙げられる。特に、今後普及が見込まれる自動車の自動運転、ドローン制御、自律ロボット制御、屋外監視カメラ画像からの顔面認証を目的として商用電源の導入が困難な為に電池を電源とする人工知能（ＡＩ）ＩＣや画像処理ＩＣでは、一つのＩＣチップで大量のデータ処理することが求められ、それに伴う高負荷化に伴いＩＣチップの発熱も増加することが予想される。例えば、図１６に示される人工知能（ＡＩ）用半導体チップ（東芝製）は１．９ｍｍ×１．９ｍｍ平方のサイズで１ワットの電力（３．３Ｖで３００ｍＡの電力に相当）を消費する。そこで、かかる高負荷ＩＣの廃熱を利用して、チップ電池を加熱しながら急速充放電させることで、安定で高精度な電源電圧を供給して、ＩＣ動作信頼性を向上することができる。また、電池監視ＩＣで電池の温度をモニタリングしながら配線抵抗等を利用した組込みヒータで電池を加熱することで、電池の温度を制御することも可能である。

なお、全固体リチウム二次電池と同様、イオン液体を電解液として用いたリチウムイオン二次電池も上記用途に用いることができる。

例Ｄ２：高電圧インバータ向けプリドライバ・マイコン用電源用途
チップ型全固体リチウム二次電池（以下、チップ電池という）の急速充放電用途の他の一例として、高電圧インバータ向けプリドライバ・マイコン用電源用途が挙げられる。特に、ＨＶ（ハイブリッド車）ないしＥＶ（電気自動車）向け高電圧インバータは、ブリッジ回路のスイッチング動作に起因してグラウンドにノイズが発生し、電源電位が小さいドライバＩＣやＣＰＵの動作信頼性に悪影響を及ぼすことがある。その一方、高電圧インバータ近傍は廃熱が大きいという特性を有する。そこで、図１７に示されるようにチップ型電池２０２をインバータ２００内のプリドライバー２０４とＣＰＵ２０６にそれぞれ実装させることが考えられる。なお、図１７においてプリドライバー２０４とＣＰＵ２０６は基準電圧源２０８に接続されている。このような電池内蔵インバータによれば、インバータの廃熱を利用して、チップ電池を加熱しながら急速充放電させることができ、それによりドライバＩＣ及びＣＰＵの電源電圧を安定化することができる。また、電池監視ＩＣで電池の温度をモニタリングしながら配線抵抗等を利用した組込みヒータで電池を加熱することで、電池の温度を制御することも可能である。

なお、全固体リチウム二次電池と同様、イオン液体を電解液として用いたリチウムイオン二次電池も上記用途に用いることができる。

Claims (22)

1. ＩＣと、
   前記ＩＣに接続され、正極層、固体電解質層及び負極層を備えた全固体リチウム二次電池と、
   前記ＩＣにおいて所定のパルス幅の電流で処理されるべき１つのタスクのｎ分割（ｎは２以上の整数）された部分のみを実行するように、前記全固体リチウム二次電池から前記ＩＣに前記所定のパルス幅の均等又は不均等にｎ分割されたパルス幅で電流を供給した後、前記全固体リチウム二次電池を充電し、前記電流の供給及び前記全固体リチウム二次電池の充電を交互に繰り返して前記ＩＣで処理されるべき１つのタスクを完了させる電池制御手段と、
   を有する、二次電池搭載ＩＣデバイス。
2. 前記全固体リチウム二次電池自体がバイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能な、請求項１に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
3. 前記固体電解質層、前記固体電解質層と前記負極層との界面、及び前記固体電解質層と前記正極層との界面が、全体として、前記全固体リチウム二次電池をバイパスコンデンサとして機能させるに足る静電容量を有し、該静電容量が前記全固体リチウム二次電池を含む等価回路における寄生容量に由来する、請求項２に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
4. 前記固体電解質層を構成する材料の比誘電率εｒが１０〜２０００である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
5. 前記固体電解質層は、厚さが０．１〜２０μｍであり、縦及び横の寸法が１〜５０ｍｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
6. 前記全固体リチウム二次電池は、厚さが１０〜５０００μｍであり、縦及び横の寸法が１〜５０ｍｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
7. 前記全固体リチウム二次電池が、１０〜７００Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
8. 前記正極層が層状岩塩構造を有するリチウム複合酸化物を含み、前記固体電解質層がリチウムイオン伝導材料を含み、前記負極層がリチウムを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
9. 前記ＩＣがそれに対応する前記全固体リチウム二次電池とともに包装部材で包装され、それにより二次電池内蔵ＩＣパッケージの形態をなす、請求項１〜８のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
10. 前記二次電池内蔵ＩＣパッケージは前記ＩＣの外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まない、請求項９に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
11. 前記二次電池内蔵ＩＣパッケージはバイパスコンデンサを含まない、請求項９に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
12. 前記全固体リチウム二次電池がプリント配線板の内層として前記ＩＣの直下に組み込まれている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
13. 前記二次電池搭載ＩＣデバイスは前記ＩＣの外縁から１ｃｍ以内の領域内にバイパスコンデンサを含まない、請求項１２に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
14. 前記二次電池搭載ＩＣデバイスはバイパスコンデンサを含まない、請求項１２に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
15. 前記全固体リチウム二次電池自体がバイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能なものであり、
    前記電池制御手段は、前記ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して前記全固体リチウム二次電池から前記ピーク電流を前記ＩＣに供給させ、かつ、前記高負荷動作の終了後、前記全固体リチウム二次電池を充電させる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の二次電池搭載ＩＣデバイス。
16. 全固体リチウム二次電池を用いたＩＣの駆動方法であって、
    正極層、固体電解質層及び負極層を備えた全固体リチウム二次電池が接続されたＩＣを用意し、
    前記ＩＣにおいて所定のパルス幅の電流で処理されるべき１つのタスクのｎ分割（ｎは２以上の整数）された部分のみを実行するように、前記全固体リチウム二次電池から前記ＩＣに前記所定のパルス幅の均等又は不均等にｎ分割されたパルス幅で電流を供給した後、
    前記全固体リチウム二次電池を充電し、
    前記電流の供給及び前記全固体リチウム二次電池の充電を交互に繰り返して前記ＩＣで処理されるべき１つのタスクを完了させる工程を含む、方法。
17. 前記全固体リチウム二次電池の充電を、前記ＩＣ動作直後の高熱状態において専ら選択的に行い、それにより充電を促進することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ＩＣを伴う回路に組み込まれたヒータ又は抵抗配線を用いて前記全固体リチウム二次電池を意図的に加熱し、それにより充電及び放電を促進することを含む、請求項１６に記載の方法。
19. ＩＣと、前記ＩＣの直上に実装されるＩＣ用電源と、前記ＩＣ及び前記電源を包装する包装部材とを備えた二次電池内蔵ＩＣパッケージであって、前記電源が、正極層、固体電解質層及び負極層を備えた全固体リチウム二次電池を有し、前記全固体リチウム二次電池自体がバイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能な二次電池内蔵ＩＣパッケージと、
    前記ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して前記全固体リチウム二次電池から前記ピーク電流を前記ＩＣに供給させ、かつ、前記高負荷動作の終了後、前記全固体リチウム二次電池を充電させる、電池制御手段と、
    を備えた、二次電池内蔵ＩＣデバイス。
20. ＩＣへの電力供給方法であって、
    請求項１９に記載の前記電源を用意する工程と、
    前記電源をバイパスコンデンサとして利用してＩＣに電力を供給する工程と、
    前記ＩＣへの電力の供給後、前記全固体リチウム二次電池を充電する工程と、
    を含む、方法。
21. 前記ＩＣへの電力の供給が、前記ＩＣの瞬時的な高負荷動作に対して前記全固体リチウム二次電池から前記ピーク電流を前記ＩＣに供給させるように行われ、前記高負荷動作の終了後、前記全固体リチウム二次電池が充電される、請求項２０に記載の方法。
22. プリント配線板と、
    前記プリント配線板上に実装される複数個のＩＣチップと、
    前記ＩＣチップの直上若しくは直下、又は前記ＩＣチップの外縁から１ｃｍ以内の領域内に実装され、正極層、固体電解質層及び負極層を備えた、複数個の全固体リチウム二次電池と、
    を備えた、二次電池搭載ＩＣ基板であって、
    前記全固体リチウム二次電池自体がバイパスコンデンサとしての機能を有し、それにより定常電流に加えて一時的に増大されたピーク電流を供給可能なものであり、
    前記ＩＣチップの各々に対して少なくとも１個の前記全固体リチウム二次電池が、前記ＩＣチップに必要な電源電圧レベルに適合した最下流の電源として接続されており、それにより前記複数個のＩＣチップに供給されるべき電力が前記複数個の全固体リチウム二次電池によって個別に分散されて供給され、
    前記二次電池搭載ＩＣ基板が、前記ＩＣチップの瞬時的な高負荷動作に対して前記全固体リチウム二次電池から前記ピーク電流を前記ＩＣチップに供給させ、かつ、前記高負荷動作の終了後、前記全固体リチウム二次電池を充電させる、電池制御手段をさらに備えた、二次電池搭載ＩＣ基板。

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